Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

3.3.2.3
Gehirnforschungsmethoden:
EEG, RCT, PET, MRI
 

EEG
(Elektroencephalographie)

Schon im letzten Jahrhundert erkannte der Psychater
Hans Berger, daß das Gehirn elektrische Aktivität zeigt und
daß man diese aufzeichnen kann. Er ist der Erfinder des EEG (= Elektro-Encephalo-Gramms).

_eegrec - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Die Aufzeichnung der Hirnströme wird meist über
Elektroden gemacht, die mit einem leitfähigen Gel an bestimmte Punkte
der Haut des Hirnschädels angebracht werden. Über einen Verstärker
werden die Amplituden der schwachen Signale ( mV)
bis zu 1000x verstärkt und an eine Galvanometer weitergegeben, das
die Auslenkungen auf Papier schreibt. Jede Elektrode bildet ein Kanal.
Da meist viele Elektroden verwendet werden spricht man von Multikanal-EEG.

Seit den Zeiten Bergers weiß man, daß sich
die Frequenz und Amplitude der Signale je nach Zustand Schlaf, Wachzustand,
Träumen usw. ändert und besondere geistige Tätigkeiten
die Signalform in den verschiedenen Hirnbereichen ebenfalls ändern.

EEGs werden in der Neurologie und Psychatrie zur Diagnose
von Gehirnkrankheiten wie Epilepsie, Schlafstörungen und Gehirntumoren
verwendet.

Unten ist eine EEG eines modernen 32 Kanal-Rekorders
zu sehen.

_eeg32 - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Jede horizontale Linie gehört zu einem Elektrodenpaar,
das am Schädel an unterschiedlichen Gehirnbereichen angebracht wurde.
Rot sind die Abnormalitäten im Frequenzgang dargestellt, wodurch
der Arzt die entsprechenden Gehirnbereiche lokalisieren kann. Da die Interpretation
oft schwierig ist und zu Fehlern neigt, verwendet man heute Computer.
Dadurch wurde es auch möglich, gleichzeitig eine große Anzahl
Kanäle auszuwerten und es entstand die EEG-Gehirn-Topographie
(ab ca. 1980).

_topomap - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Durch das Anbringen einer großen Anzahl Elektroden
(siehe oben), die nach einem Muster in ungefähr gleichem Abstand aufgebracht
werden, erhält man durch die Computerverarbeitung einen Überblick
über die elektrische Aktivität des Gehirns. Dabei ergeben gelb
und rot höhere Amplituden als violette und blaue. Dies ergibt einen
besseren Überblick über Rhythmusänderung und Lokalisierung
der Wellen.

So konnte man Tumore oder den Ursprung der Epilepsie
besser lokalisieren und die Drogeneinwirkung genauer untersuchen. Auch
bei Hirnhautentzündung, Schizophrenie, Depressionen usw. ist eine
verbesserte Diagnose möglich.

Durch entsprechende Software kann man durch
die Spektralanalyse zusätzliche
Informationen gewinnen und diese in 3D-Form darstellen (siehe
Abb. 176
).

 

_p-e210- - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Kopplung von EEG (MEG) und MRI

Die Zukunft des EEG liegt in der Kopplung der Spektralanalyse
mit der Bildanalyse anderer Methoden wie
MRI
(
Magnetic-Resonance-Imaging,
siehe oben). Das Ergebnis der Kombination von MRI ind EEG oder MEG (
Magnetoencephalographie)
ist oben zusehen, bei dem die Hirnbereiche sichtbar werden, die bei Berührung
der 5 Finger aktiviert werden.

Neben der Analyse der elektrischen Vorgänge
am lebenden Mensch hat man in den letzten Jahren noch andere Methoden
entwickelt, die Anatomie und Funktionen, also den Stoffwechsel im Gehirn
zu beobachten.

Man benutzt heute mehrere Verfahren um diese Informationen
in vivo zu erhalten, die man allgemein Computer-Tomographie
nennt. Dabei wird aus dem untersuchten Objekt eine 3-5 mm dicke Scheibe
analysiert, entweder axial (in waagerechter Ebene) oder sagittal
(Längsschnitt in senkrechter Ebene) und per Computer ein Bild berechnet.
Jeder Bildpunkt entspricht ca. 1mm Gewebe.

Die Bilder werden mit folgenden Verfahren
gewonnen:

 

ErgebnisVerfahren / Beschreibung

_015 - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

R(C)T
= Röntgenstrahl Computer Tomographie (ab 1972)

Das Gehirn wird mit Röntgenstrahlen
beschickt, die durch die unterschiedliche Dichte des Gewebes auf
der anderen Seite leicht gedämpft austreten. Dabei absorbiert
dichteres Gewebe die Strahlen stärker. Detektoren sammeln
die austretenden Strahlen, aus deren Intensität per Computer
ein Bild dieser Scheibe berechnet wird.

Problem: Röntgenstrahlung
ist sehr energiereiche Strahlung und kann Schäden verursachen.

_012 - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRIMRI
= Magnetic Resonance Imaging (ab 1980)
(Kernspin-Resonanz-Tomographie)
Organisches
Gewebe enthält viel Wasser und Fett. Diese Stoffe bestehen
im Mensch aus ca. 63% Protonen. Setzt man Protonen einem magnetischen
Feld aus, schwingen sie entsprechend der Feldstärke. Diese
absorbierte Energie geben sie wieder ab, was man messen kann. Die
Signalstärke wird durch jedes Proton leicht variiert.
Läßt man ein zusätzliches Magnetfeld einwirken,
das in Stärke und Lage variiert wird, läßt sich
durch die unterschiedliche Resonanz der Felder pro Ort eine elektromagnetische
Strahlung messen. Daraus kann man ein 3D-Bild berechnen.
_014 - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRIPET
= Positronen- Emissions- Computer- Tomographie)

(SPECT = single photon emission -computed
tomography)

Injiziert man radioaktiv markierte Substanzen
(11C, 13N, 150, und 18F
) in Spuren ins Gehirn, kann ihre Photonenstrahlung aufgrund der
Positronenemission (positive Elektronen) gemessen werden. Die
daraus errechneten Bilder repräsentieren die Anhäufung
der markierten Substanz. Dadurch können z. B. die Durchblutung,
der Sauerstoff- oder Glucosestoffwechsel oder die Dopaminkonzentration
in vivo
beobachtet werden.

Die im öfters zitierten Digitals Atlas des Gehirns
(siehe weiterführende Quellen) gezeigten Bilder sind mit MRI entstanden.
Hier nun noch einige Beispiele für die verschiedenen Methoden:

_petrain - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Die Abbildung links zeigt die phantastischen
Möglichkeiten von PET. ( Dr. Marcus Raichle, Neuroimaging
Lab oder Washington University School of Medicine, St Louis, USA).

Das obere Bild zeigt eine Versuchsperson, die einen
Text hört, um eine Sprachaufgabe zu lösen. Die Farben zeigen,
wo das Gehirn (Zellen) seinen höchsten Glucoseverbrauch
und Blutdurchfluß
im Vergleich zum Ruhezustand hat. Gelb
und Rot zeigen erhöhten Verbrauch,
blau und schwarz geringere
Aktivität. Die höchste Aktivität war im Schläfenlappen
entsprechend der akustischen Wahrnehmung und im präfrontalen
Bereich
für das Sprachverständnis zu sehen.

Im zweiten Bild hat die Versuchsperson nun die Sprachaufgabe
gelernt und spricht sie aus. Dabei ist zu erkennen, daß andere
Gehirnregionen aktiv sind, nämlich die mit der motorischen Kontrolle
der Stimme (Brocascher Bereich) zu tun haben.

Das nachfolgene Bild links zeigt die Gehirnaktivität
(Glucoseverbrauch) im Lauf der Säuglingsentwicklung und rechts
einen Gehirntumor.

_petdev - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Hier ein PET-Computertomograph und das injizierte
Radionukleid.

_ki_1 - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Mit MRI lassen sich ohne Bestrahlung und
Verabreichung von Kontrastmitteln oder Chemikalien Bilder des aktuelle
Gehirns anfertigen.

 

 


Abb. 173
Gehirnuntersuchung
mit EEG
 


_voyag - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 174
32-Kanal-
EEG
 


_electro - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

 

 

 

 

 

 


Abb. 175
EEG
-Gehirn-Topographie
 

 

 


Abb. 176
Kopplung
von EEG mit Spektralanalyse
 


_head - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

 

 


Abb. 177
Kopplung
von EEG (MEG) und MRI
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 178
Vergleich
verschiedener Verfahren
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 179
Gehirnaktivitäten
mit PET
 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 180
Gehirnaktivitäten
mit PET
 

 
_pettum - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Gehirntumor

 

 

 

 


Abb. 181
Computertomograph
 
 

_exact - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

 

 

_sag_06 - Gehirnforschungsmethoden: EEG, RCT, PET, MRI

Weiterführende
Quellen:
Digitalatlashttp://www9.biostr.washington.edu/da.html
Gehirnatlashttp://www.med.harvard.edu/AANLIB/home.html
PEThttp://laxmi.nuc.ucla.edu:8000/lpp/nuclearphysics/imagerecon.html
MRIhttp://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
EEGhttp://biocybernaut.com/tutorial/eeg.html
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