Kann man Gedanken sehen? Menschen haben von jeher ein Interesse daran, ins Gehirn anderer blicken zu können. Messbar machen, was Menschen denken, ist noch nicht Wirklichkeit geworden. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Methoden entwickelt, um dem näherzukommen. MRT-Bilder schenken uns Einblicke ins menschliche Gehirn. Cranielle Magnetresonanztomografie – ein schönes Wort, das Eindruck schindet. Als Mediziner sollten Sie wissen, was sich dahinter verbirgt, um den Erkenntnisgewinn abschätzen zu können.
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MRT und springende Atome

Bilder können keine Eins-zu-Eins-Umsetzungen von Gedanken sein. Auf Bildern erkennen wir Strukturen, also Anordnungen von Stoffen. Mehrere Bilder hintereinander können Veränderungen der Strukturen im Laufe der Zeit darstellen. Sind die Bilder scharf genug und lassen sie sich zeitlich gut auflösen, dann müsste es möglich sein, den Denkprozess im Sinne physiologischer Reaktionen sichtbar zu machen.

Genau das ist bei dem relativ jungen Verfahren der craniellen Magnetresonanztomografie (cMRT) offensichtlich gelungen. Erst in den späten 80er Jahren fand diese Methode Eingang in die klinische Nutzung.

MRT: Historische Eckpunkte
1973: Entwicklung der Idee von Paul C. Lauterbur
1974: Mathematische Verfahren zu Umwandlung von Signalen in Bilder von Peter Mansfield
1985: Entwicklung klinischer Untersuchungsverfahren in Göttingen
2003: Nobelpreis fürPaul C. Lauterbur und Sir Peter Mansfield

Die Magnetresonanztomografie oder auch Kernspintomografie erzeugt auf den ersten Blick ähnliche Bilder wie eine Computertomografie – Querschnitte des Schädels. Es nutzt aber nicht die ionisierende Röntgenstrahlung, sondern die magnetischen Eigenschaften bestimmter Atome, den sogenannten Kernspin.

So besitzt beispielsweise das Wasserstoffatom, das aus einem Proton und einem Neutron aufgebaut ist, einen Drehimpuls, der sich aus dem magnetischen Nord- und Südpol ergibt. Während diese Pole im Gewebe meist zufällig verteilt sind, baut das MRT ein Magnetfeld um den Probanden auf, in dem sich alle Wasserstoffatome des Körpers gleichförmig ausrichten.

Spin WasserstoffZusätzlich zum Magnetfeld wird während der Messung für einen kurzen Moment elektromagnetische Strahlung ausgesendet. Die Atome beginnen zu kreiseln, wie Brummkreisel um ihre eigene Achse. Wird die Strahlung ausgeschaltet, springen die Atome wieder zurück in die Magnetfeldrichtung. Sie relaxieren.

Die Zeit, die Atome brauchen, um zurückzuspringen, ist die Relaxationszeit. Es wurde festgestellt, dass es gewebeabhängige Verzögerungen gibt. Je nachdem, ob die Wasserstoffatome zu Fettmolekülen, zu Myelin oder zum Liquor gehören, brauchen sie unterschiedlich lange für den „Sprung zurück“ in den Ausgangszustand.

MRT

Mit mehreren kleinen Magnetfeldern neben dem großen lassen sich zwei- und dreidimensionale Bilder aus allen Raumrichtungen erstellen. Wie bei der Computertomografie können Sie so etwas über unterschiedliche Gewebsdichten im Gehirn erfahren. Dabei sollten Sie die zwei wichtigsten Tomografien unterscheiden können, wenn Sie vor Ihnen liegen:

T1-Bilder:

  • Darstellung der unterschiedlichen Längsrelaxationszeiten
  • Liquor ist dunkel, Fett ist hell.

T2-Bilder:

  • Darstellung der unterschiedlichen Querrelaxationszeiten
  • Liquor ist hell, Fett ist dunkel.

BOLD – Denken braucht Sauerstoff!

Damit sind wir beim nächsten Schritt – der Frage, wie wir erkennen können, wann jemand mit welchen Gedanken beschäftigt ist. Genau genommen lassen sich mit der funktionellen MRT-Technik (fMR-Imaging) nur aktivierte Gehirnareale identifizieren, aber immerhin!

Es ist keine Neuigkeit, dass Denken anstrengend ist. In den Regionen, wo gerade besonders viele Nervenzellen aktiv sind, steigt also der Bedarf an frischem Sauerstoff und Glukose. Der Körper reagiert mit einer lokal begrenzten Gefäßerweiterung und verstärkter Blutzufuhr.

Diesen Effekt macht man sich zunutze. Denn: Das zugeführte „neue“ Blut enthält mehr Sauerstoff tragende rote Blutkörperchen. Es verschiebt sich das Verhältnis von desoxygeniertem zu oxygeniertem Hämoglobin.

Die beiden Zustandsformen der Blutkörperchen unterscheiden sich in ihren Magneteigenschaften: Desoxyhämoglobin ist paramagnetisch und lässt sich im MRT nachweisen. Dies ist der sogenannte BOLD-Effekt – Denken ist blood-oxygene-level-dependent.

Verfahren mit Vor- und Nachteilen

Magnetresonanz ist ein Allrounder und kann, je nach Verfahren, vielseitig (und nicht nur für Einblicke ins Gehirn) verwendet werden:

  • „gewöhnliches“ MRT-Bild zur Darstellung von Weichteilen
  • fMRT zur Bildgebung aktivierter Hirnareale
  • Echtzeit-MRT für physiologische Darstellungen wie den Pulsschlag
  • MR-Angiografie zur Darstellung von Gefäßen
  • Perfusions-MRT für die Gewebedurchblutung
  • Diffusionsbildgebung (DTI) für die Darstellung von Nervenfasern

Die scharfe räumliche (oder zeitliche) Auflösung dieser Verfahren sind klare Vorteile. Kortikale Prozesse werden mithilfe des MR-Imaging endlich sichtbar gemacht. Man benötigt keine ionisierende Strahlung und bisher sind nur wenig Nebenwirkungen des Magnetfeldes bekannt. Dazu gehören vorübergehender Schwindel und Kopfschmerzen. Allerdings ist es in einem MR-Scanner sehr laut. Bei unzureichendem Gehörschutz können die Patienten einen Tinnitus davontragen.

Insgesamt dauert die Messung länger als eine Computertomografie. Einen MR-Scanner zu betreiben, ist nach wie vor eine teure Angelegenheit. Jede noch so kleine Bewegung der Patienten oder Probanden stört die Bildschärfe. Bei zappeligen Patienten sind Messwiederholungen einzukalkulieren. Es muss daher abgewogen werden, für welche Fälle Kosten und Nutzen im Gleichgewicht stehen – oder ob ein CT-Bild nicht ebenso zum Befund führen kann.

Auch sollten Sie die Gefahren nicht unterschätzen, die ein sehr starkes Magnetfeld mit sich bringt. Für folgende Personen kommt das Betreten des Scannerraums nicht oder nicht ohne weitere Abklärung in Frage:

  • Menschen (auch Personal) mit Schmuck, Uhren, Handys, EC-Karten
  • Patienten mit Schrittmachern, Implantaten, Pumpen etc.
  • Träger von Prothesen, Inlays oder Zahnspangen
  • Besitzer nicht abnehmbarer Piercings oder großer Tattoos
  • Frauen mit Kupferspirale
  • Klaustrophobiker

Auch wird in Fachkreisen der Zusammenhang zwischen Hirnaktivierung und Denken kritisch diskutiert. So scheint es, als würden Gehirnareale auch spontan durchblutet. Die Gleichsetzung von Denkprozess und Oxygenierungslevel bleibt also eine Frage der Wahrscheinlichkeit.

Einerlei für die Eingangsfrage, denn so oder so kann niemand aus der Aktivierung eines Hirnareals ableiten, was genau gedacht wird. Die Eins-zu-Eins-Übersetzung scheitert schon an der Variationsbreite menschlicher Gehirne. Die Gedanken sind nach wie vor frei.

Den genannten Grenzen zum Trotz sollten Sie nicht vergessen, was das MRT möglich macht: Einen Blick ins Gehirn zu erhaschen, ohne erst mit Hammer und Säge das Schädeldach öffnen zu müssen.

Beliebte Prüfungsfragen

1) Welche Aussage trifft zu? Bei einem MRT in T1-Gewichtung

  1. werden die unterschiedlichen Querrelaxationszeiten dargestellt
  2. ist Liquor dunkel und Fett hell
  3. ist Liquor hell und Fett dunkel
  4. werden sowohl Längs- als auch Querrelaxationszeiten dargestellt
  5. ist Liquor hell und Knochen dunkel

2) Was wird am ehesten als Relaxationszeit bezeichnet?

  1. den Drehimpuls des Wasserstoffatoms
  2. die Zeit, die das Atom zum Zurückspringen benötigt
  3. die Zeit, die unabhängig vom Gewebe ist
  4. die Zeit, wenn die Atome um ihre eigene Achse kreiseln
  5. die Ausrichtung der Spins im Magnetfeld

3) Was stellt am wenigsten ein (zusätzliches) Risiko bei der Durchführung eines MRT dar?

  1. Tragen von Schmuck
  2. Implantate oder Prothese
  3. Blutungen
  4. Klaustrophobie
  5. Frauen mit Kupferspirale

Quellen

Dominik Weishaupt et al.: Wie funktioniert MRI? Eine Einführung in Physik und Funktionsweise der Magnetresonanzbildgebung – Springer 2014

Duale Reihe: Radiologie – Thieme 2011

Lösungen: 1b, 2b, 3c



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