Gehirn

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).

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.

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).

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).

Ergebnis	Verfahren / Beschreibung
	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.
	MRI = 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.
	PET = 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:

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.

Hier ein PET-Computertomograph und das injizierte Radionukleid.

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