Modul 3

Computertomographie

Elektroenzephalogramm

Das EEG zeichnet hirnelektrische Vorgänge auf. Dazu werden Elektroden auf die Schädeloberfläche aufgesetzt, die Potentialschwankungen aufzeichnen.

Eine Positivierung des Potentials, was einem Ausschlag der Welle nach unten entspricht, wird durch EPSP (erregende postsynaptische Potentiale) in den tiefen Schichten (Lamina IV), oder durch IPSP (inhibitorische postsynaptische Potentiale) in den oberflächlichen Schichten des Kortex verursacht.

Wohingegen eine Negativierung des Potentials, was einem Ausschlag im EEG nach oben entspricht, durch EPSP der Dendriten der oberflächlichen Kortexschichten, oder durch IPSP in den tiefen Schichten verursacht werden kann.

es wird ohne spezielle Reizung abgeleitet und zeigt die dauernd bestehende Grundaktivität

unipolare Ableitung: Spannungsdifferenz zwischen Ableitepunkten und einer gemeinsamen Referenzelektrode wird gemessen (alle Elektroden sind über große Widerstände zu einem Punkt verbunden -> Wilsonelektrode)
Referenzelektroden können an Ohrläppchen, Nasenwurzel oder am Kinn angebracht werden
Vorteil: Elektrodenabstände weniger kritisch , besser zum Vermessen von Potentialfeldern

bipolare Ableitung: Spannungsdifferenzen zwischen benachbarten Elektroden werden gemessen. -> Verkoppelung in Serienschaltung: jede Elektrode kommt jeweils mit dem umgekehrten Vorzeichen auf zwei benachbarte Kanäle.
Vorteil: kaum Artefakte, gut geeignet zum Auffinden eines Herdes.

Frequenzhistogramm, Powerspektrum

die prozentuale Häufigkeit des Auftretens der verschiedenen Frequenzbänder

es beruht auf der Amplitude der EEG-Frequenzen und macht Aussagen über die Verteilungen der Amplitudenhöhen pro Frequenz(band)

die EEG-Ableitung zeigt keine Aktivität mehr an -> Hirntod

Bereitschaftspotential, CNV, evozierte Potentiale, Brainmapping

es ist eine Verschiebung zu negativen Werten und entsteht ca. 1 sek. vor der motorischen Aktivität über motorischen Kortexarealen. Es zeigt also die Bewegungsplanung an http://physiologie.cc/Libet.jpg

CNV steht für kontingente negative Variation.

Es ist eine langsame Potentialverschiebung zu negativen Werten.

Es entsteht, wenn ein Reiz einen 2. Reiz akündigt, auf  den eine Reaktion folgen soll (wie Rot-Gelb-Kombi bei Ampel Grün ankündigt).

Es wird als Vorbereitung interpretiert: durch die Depolarisation wird die Auslösung von Aps begünsigt

Es sind ereigniskorrelierte Potentiale, die in Folge von äußeren Ereignissen oder Reizen auftreten.

Ca. 100ms nach der Reizapplikation kommt es zu einer ersten Positivierung (P1), gefolgt von einer ersten Negativierung (N1).

Danach folgt P2 und N2.

Und schließlich die dritte und größte Positivierung P3 (P300, da sie ca. 300ms nach dem Reiz auftritt).

Sie werden abgeleitet, um die Funktionsfähigkeit sensorischer Systeme zu überprüfen. Auch die Bedeutung von Reizen spiegelt sich im Verlauf und der Amplitude wieder: die ersten Komponenten reflektieren die exogen determinierten Eigenschaften des REizes und dessen Intensität. Die späteren Komponenten (insb. P300), reflektieren endogen bestimmte Eigenschaften, wie die emotionale Bewertung.

http://www.audiva.de/fileadmin/Bilder/physiologie/akustisch-evozierte-potentiale-latenzbereiche_otxt-600.jpg

Es ist eine Darstellungsmethode, in der die Aktivität des Gehirns in Bilder übersetzt wird.

Dazu werden z.B die Amplituden abgeleiteten Potentiale von allen Elektroden zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst und auf eine Schema-Zeichnung des Gehirns übertragen. Durch die Verbindung von Werten gleicher Höhe und die Einfärbung ähnlich aktivierter Bereiche entsteht ein Bild der verschiedenen Aktivierungsstufen des Kortex.

http://mediad.publicbroadcasting.net/p/kwmu/files/201303/BRAIN3_0.jpg

Magnetenzephalographie

Es ist ein nicht-invasives, neurologisches Untersuchungsverfahren zur Darstellung der Magnetfelder, die durch die neuronale Aktivität des Gehirns entstehen. http://flexikon.doccheck.com/de/Magnetoenzephalographie

Positronen-Emissions-Tomographie

Es war das erste bildgebende Verfahren, das die Stoffwechselaktivität im Gehirn darstellen konnte.

Es erlaubt die räumliche Darstellung der Hirnaktivität hinsichtlich der Durchblutung und neurochemischer Prozesse, also der Aktivität der beteiligten Neurotransmitter und Rezeptoren.

Für eine PET-Untersuchung bekommt der Patient i.d.R. eine leicht radioaktive Substanz gespritzt, die beim Zerfall der Positronen sog. Gammastrahlungs-Photonen freisetzt. Diese verwandeln sich beim Zusammenprall mit Elektronen in Energie um (Vernichtungsstrahlung), welche von einem PET-Scanner aufgefangen und mittels eines Computers zum Bild verarbeitet wird.

http://www.jara.org/fileadmin/user_upload/JARA-BRAIN/Bilder/Forschung/PM_Piroth_Langen_321x.jpg

es können handelsüblichere und daher günstigere Markierungssubstanzen verwendet werden

Kernspintomographie

Es arbeitet ohne Strahlung, stattdessen benutzt es starke Magnetfelder und Radiowellen

Prinzip des „Kernspin“

Normalerweise drehen sich alle Atomkerne im Körper um ihre eigene Achse. Diesen Drehimpuls nennt man auch „Kernspin“. Durch ihre eigene Drehung erzeugen diese Kerne ein minimales Magnetfeld. Besonders wichtig sind hier die Wasserstoffkerne, da sie im Körper am häufigsten vorkommen.

Die magnetische Ausrichtung der Wasserstoffkerne ist unter natürlichen Umständen rein zufällig. Legt man jedoch an den Körper von außen ein starkes Magnetfeld an, dann ordnen sich diese Atomkerne alle in der gleichen Richtung an, und zwar in Längsrichtung des Körpers.

Magnetfelder und Radiowellen

Genau dieses Prinzip nutzt die Magnetresonanztomographie. Im MRT-Gerät befindet sich ein sehr starkes, für den Menschen jedoch völlig ungefährliches Magnetfeld. Zusätzlich zu diesem Magnetfeld gibt das MRT-Gerät während der Messungen noch Radiowellen mit einer hohen Frequenz auf den Körper ab, wodurch sich die parallele Ausrichtung der Wasserstoffkerne im Magnetfeld verändert (Präzession). Nach jedem Radiowellen-Impuls kehren die Wasserstoffkerne wieder in die Längsrichtung zurück, die durch den Magneten vorgegeben wird (Relaxation). Hierbei senden die Atomkerne spezielle Signale aus, die während der Untersuchung gemessen und dann vom Computer zu Bildern zusammengesetzt werden.

Durch fMRT-Aufnahmen ist es möglich, Durchblutungsänderungen von Hirnarealen sichtbar zu machen, die auf Stoffwechselvorgänge zurückgeführt werden, welche wiederum mit neuronaler Aktivität in Zusammenhang stehen.

Hierbei macht man sich die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von oxygeniertem und desoxygeniertem Blut zunutze. Bei der Aktivierung von Kortexarealen kommt es zu einer Steigerung des Stoffwechsels, wodurch das aktivierte Areal mit einer überproportionalen Erhöhung des Blutflusses reagiert (sog. neurovaskuläre Kopplung). Dadurch erhöht sich die Konzentration von oxygeniertem (diamagnetischem) relativ zu desoxygeniertem (paramagnetischem) Hämoglobin. Dieser Konzentrationsabfall ist das, was die fMRT misst.

Um so Rückschlüsse auf den Ort einer neuronalen Aktivität zu ziehen, wird das Magnetresonanz-Signal des Gewebes zu zwei Zeitpunkten verglichen – z. B. im stimulierten oder Experimentalzustand einerseits sowie im Ruhe- oder Kontrollzustand andererseits

eine Änderung der Hirndurchblutung