Rechnerkapazitäten für zwei bildgebende Verfahren in den Neurowissenschaften / Auch Früherkennung der Alzheimer-Krankheit möglich
24.09.2003
Das kürzlich eröffnete Neuroimaging Center der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) bietet die technischen Voraussetzungen und die Rechnerkapazitäten für zwei bildgebende Verfahren in den Neurowissenschaften, die funktionelle Magnetresonanz-Tomografie (fMRI) und die Positronen-Emissions-Tomografie (PET). Mithilfe der fMRI können Funktionszustände des Gehirns dargestellt werden wie beispielsweise die Erregung von Nervenzellen, die Diffusion von Wassermolekülen und der Fluss von Blut und Nervenwasser (Liquor). Die Erregung von Nervenzellen wird sichtbar gemacht, indem man die Durchblutungssteigerung der aktivierten Hirnregion nachweist. Auf dem Computerbildschirm ist dann beispielsweise die Hirnaktivität bei einer Bewegung der Finger zu sehen. Ebenso können optische und akustische Sinnesreize, Tast- und Schmerzempfindungen, aber auch Vorgänge beim Sprechen, Gedächtnisleistungen und Emotionen wie Freude oder Abscheu durch Abbildung der jeweils aktivierten Hirnregion dargestellt werden. Die Forschungen der Mainzer Neurowissenschaftler konzentrieren sich in diesem Bereich stark auf das Gebiet der Anfallserkrankungen mit der Zielsetzung, therapeutische Möglichkeiten zu entwickeln.
Die Darstellung der Wasserdiffusion wird klinisch vor allem zum Nachweis akuter Hirndurchblutungsstörungen bei Schlaganfallpatienten der Stroke Unit eingesetzt. Außerdem sind hiermit bereits Frühformen der Alzheimer-Erkrankung zu erkennen. Bei Patienten mit Hirntumoren werden wichtige Bahnsysteme dargestellt, die bei einer Operation verschont werden müssen. Die Flussmessungen von Blut und Liquor werden ebenfalls bereits klinisch eingesetzt. Bei der Blutflussmessung wurde in Mainz eine Methode weiterentwickelt, die ohne Kontrastmittel auskommt und bei Patienten mit Einengungen der Halsschlagader das Infarktrisiko abschätzt. Der Liquorfluss wird vor allem bei Passagehindernissen zwischen den Hirnkammern und am Übergang zwischen Hals und Rückenmark gemessen, um die Operationsindikation zu überprüfen.
Das Untersuchungsprinzip der Positronen-Emissions-Tomografie (PET) beruht auf der Markierung von Substanzen mit schnell zerfallenden radioaktiven Isotopen, den sogenannten Positronen-Emittern. Da bei diesem Verfahren nur außerordentlich geringe Substanzmengen verabreicht werden müssen, können am lebenden Menschen zahlreiche Funktionen des Gehirns – vom Stoffwechsel bis zum Andocken von Botenstoffen – dargestellt werden, ohne dass Rücksicht auf eventuelle Nebenwirkungen genommen werden muss. So kann mittels markierter Glukose die Veränderung des Energieverbrauchs des Gehirns zum Beispiel unter dem Einfluss von Medikamenten oder Alkohol untersucht werden.
Neben der Analyse des Stoffwechsels bietet die PET die Möglichkeit, wichtige Rezeptorsysteme des menschlichen Gehirns zu analysieren. Ein Mainzer Schwerpunkt liegt hierbei auf der Erforschung des dopaminergen und des opioidergen Neurotransmittersystems. So konnte gezeigt werden, dass der Botenstoff Dopamin eine Schlüsselrolle bei Suchterkrankungen spielt oder dass das Erleben und Verhalten des gesunden bzw. erkrankten Menschen in engem Zusammenhang mit der personenspezifischen Rezeptorverteilung der Transmittersysteme steht. Die klinische Anwendung der Untersuchungen des Gehirns mittels PET betrifft vor allem die Frühdiagnose von sogenannten neurodegenerativen Erkrankungen des Gehirns. So wird die PET in der Patientenversorgung in Mainz zur Unterscheidung und Früherkennung von Bewegungsstörungen wie der Parkinson-Erkrankung eingesetzt sowie zur Früherkennung von Hirnleistungsstörungen wie der Alzheimerkrankheit. Außerdem besitzt die PET eine wichtige Funktion in der Festlegung des therapeutischen Vorgehens bei Epilepsiepatienten. Mithilfe der PET kann hier zuverlässig der Krampfherd lokalisiert und eingegrenzt werden. Dies hat unmittelbare Bedeutung für die Operationsplanung bei dieser Erkrankung.