Hier finden Sie eine Liste der wichtigsten im NIC zum Einsatz kommenden Methoden:
Die Elektroenzephalographie, kurz EEG, ist eine Methode zur Messung der elektrischen Aktivität des Gehirns. Dabei wird eine spezielle Kappe mit kleinen Sensoren auf den Kopf gesetzt. Diese Sensoren erfassen sehr schwache elektrische Signale, die durch die Zusammenarbeit vieler Nervenzellen entstehen. Die Untersuchung ist schmerzfrei und nicht belastend. Mit dem EEG können wir sehr genau erkennen, wann bestimmte Hirnaktivität auftritt, zum Beispiel im Wachzustand oder während des Schlafs. Da das EEG Veränderungen im Millisekundenbereich erfasst, eignet es sich besonders gut, um schnelle Prozesse im Gehirn zu untersuchen.
Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein nicht-invasives Bildgebungsverfahren, das starke Magnetfelder und Radiofrequenzpulse nutzt, um hochauflösende Bilder des Körpers, insbesondere des Gehirns, zu erzeugen. Im Gegensatz zu Röntgen- oder CT-Untersuchungen verwendet die MRT keine ionisierende Strahlung. Das Verfahren basiert auf der Detektion von Signalen der Wasserstoffkerne in Gewebewasser und -fett, deren Eigenschaften vom molekularen Umfeld abhängen. Diese Signalunterschiede werden zu detaillierten anatomischen oder funktionellen Bildern rekonstruiert. Die MRT bietet somit vielseitige Möglichkeiten zur in-vivo-Untersuchung von Struktur, Physiologie und Funktion des Gehirns. Obwohl unser Schwerpunkt klar auf der funktionellen MRT liegt, stehen verschiedene MRT-Sequenzen zur Verfügung, um ein breites Spektrum wissenschaftlicher Fragestellungen zu adressieren. Die wichtigsten am NIC verwendeten MRT-Sequenzen sind (in alphabetischer Reihenfolge):
Arterial Spin Labeling (ASL)
ASL ist eine Perfusions-MRT-Technik zur Quantifizierung des zerebralen Blutflusses, bei der arterielles Blut magnetisch als endogener Tracer markiert wird. Durch den Vergleich von markierten und Kontrollaufnahmen kann die regionale Perfusion nicht-invasiv quantifiziert werden. Im Gegensatz zur BOLD-fMRT liefert ASL ein absolutes Maß des Blutflusses und nicht lediglich ein relatives Oxygenierungssignal. ASL eignet sich besonders für Untersuchungen der zerebrovaskulären Funktion, des Alterns sowie neurologischer Erkrankungen mit beeinträchtigter Hirnperfusion.
Diffusionsgewichtete Bildgebung (DWI)
DWI misst die Diffusion von Wassermolekülen im Hirngewebe. In der weißen Substanz ist die Diffusion entlang der Axonfasern gerichtet eingeschränkt, wodurch sich die mikrostrukturelle Organisation charakterisieren lässt. Die Diffusionstensor-Bildgebung (DTI) als Erweiterung der DWI modelliert die Diffusionsrichtung und ermöglicht die Rekonstruktion von Faserbahnen. DWI wird häufig zur Untersuchung struktureller Konnektivität eingesetzt.
Funktionelle MRT (fMRT)
Die fMRT erfasst Hirnaktivität indirekt über Veränderungen der Blutoxygenierung, bekannt als Blood-Oxygenation-Level-Dependent-(BOLD)-Signal. Neuronale Aktivierung führt über neurovaskuläre Kopplung zu lokalen Veränderungen von zerebralem Blutfluss und Sauerstoffgehalt. Diese hämodynamischen Veränderungen werden als zeitliche Signalfluktuationen gemessen. Die fMRT kann sowohl zur Untersuchung aufgabeninduzierter Aktivierungen als auch intrinsischer funktioneller Konnektivität im Ruhezustand eingesetzt werden.
T1- und T2-gewichtete Bildgebung
T1- und T2-gewichtete Sequenzen liefern hochauflösende strukturelle Darstellungen der Hirnanatomie. T1-gewichtete Aufnahmen bieten einen ausgeprägten Kontrast zwischen grauer und weißer Substanz und werden häufig für morphometrische Analysen sowie zur anatomischen Lokalisation verwendet. T2-gewichtete Bilder sind sensitiv gegenüber dem Wassergehalt des Gewebes und eignen sich besonders zum Nachweis von Ödemen, Entzündungen und Läsionen.
Die Polysomnographie ist eine umfassende Untersuchung des Schlafs. Dabei werden gleichzeitig die Gehirnaktivität, die Muskelspannung und die Augenbewegungen gemessen. Auf diese Weise können wir feststellen, in welcher Schlafphase sich eine Person befindet, etwa im Leichtschlaf, Tiefschlaf oder im sogenannten REM-Schlaf, der mit Träumen verbunden ist. Die Untersuchung erfolgt über Nacht und dient dazu, Schlafmuster und ihre Bedeutung für Gedächtnis, Erholung und Gesundheit besser zu verstehen.
Das NIC verfügt über zwei voll ausgestattete Psychophysiologie-Labore mit zwei bzw. drei abgeschirmten Arbeitsplätzen (Cubicles) zur Durchführung von Experimenten ohne Bildgebung oder Hirnstimulation. Jedes Cubicle ist mit einem Monitor und Kopfhörern zur Präsentation visueller und auditiver Stimuli sowie mit Tastatur, Joystick und Response-Keyboard ausgestattet. An allen Arbeitsplätzen können zudem psychophysiologische Messungen durchgeführt werden, darunter Elektrokardiografie (EKG), Hautleitfähigkeit (elektrodermale Aktivität, EDA) sowie Elektromyografie (EMG).
Die robotergestützte Neuronavigation ist ein Präzisionsverfahren, das vor allem bei Hirnstimulation eingesetzt wird. Dabei wird eine zuvor angefertigte MRT-Aufnahme des Gehirns genutzt, um genau zu bestimmen, welche Hirnregion stimuliert werden soll. Mithilfe spezieller Kameras und Sensoren wird die Position des Kopfes mit dem MRT-Bild abgeglichen. Ein Roboterarm kann dann ein Stimulationsgerät millimetergenau ausrichten und auch kleine Kopfbewegungen automatisch ausgleichen. Dadurch wird eine sehr präzise und zuverlässige Anwendung der Stimulation ermöglicht.
Die transkranielle Magnetstimulation nutzt kurze Magnetimpulse, um gezielt kleine Bereiche des Gehirns zu aktivieren. Dazu wird eine Spule auf die Kopfhaut gesetzt, die für sehr kurze Zeit ein starkes Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld kann im Gehirn einen elektrischen Impuls auslösen und so Nervenzellen aktivieren. Die Untersuchung ist nicht invasiv und wird weltweit sowohl in der Forschung als auch in bestimmten therapeutischen Bereichen eingesetzt. Während der Anwendung kann ein leichtes Klopfen auf der Kopfhaut spürbar sein, gelegentlich auch eine kurze Muskelzuckung, wenn motorische Hirnregionen stimuliert werden.
Die transkranielle Ultraschallstimulation ist eine neuere Methode, bei der gebündelte Ultraschallwellen verwendet werden, um sehr gezielt auch tiefere Hirnregionen zu erreichen. Anders als elektrische oder magnetische Verfahren kann Ultraschall besonders präzise fokussiert werden. Die eingesetzten Intensitäten sind niedrig und führen nicht zu einer schädlichen Erwärmung des Gewebes. Diese Technik befindet sich noch in der Weiterentwicklung, zeigt jedoch großes Potenzial für zukünftige Anwendungen in Forschung und Medizin.
Bei dieser kombinierten Untersuchung werden EEG und fMRT gleichzeitig durchgeführt. Dadurch können wir sowohl sehr schnelle elektrische Veränderungen im Gehirn als auch deren genaue räumliche Zuordnung erfassen. Diese Kombination liefert besonders umfassende Informationen darüber, wie verschiedene Hirnregionen zusammenarbeiten.
Hier wird die Magnetstimulation direkt mit einer EEG-Messung verbunden. So können wir unmittelbar beobachten, wie das Gehirn auf einen Magnetimpuls reagiert. Diese Methode hilft uns, die Erregbarkeit und Vernetzung von Hirnregionen genauer zu untersuchen und besser zu verstehen, wie Stimulation im Gehirn wirkt.
Bei dieser Kombination wird während der Magnetstimulation gleichzeitig eine fMRT-Messung durchgeführt. Dadurch können wir erkennen, welche Hirnregionen durch die Stimulation aktiviert werden, auch wenn sie weiter vom Stimulationsort entfernt liegen. So lässt sich überprüfen, ob die gewünschte Zielregion tatsächlich beeinflusst wurde und wie sie mit anderen Bereichen vernetzt ist.