Die fMRI oder fMRT als Methode der Psychologie. Die Studie von Katja Baron von 2011 als Beispiel

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Die Studie - Uberblick

3 DieMethode: FunktionelleMagnetresonanztomographie
3.1 Physikalische Grundlagen
3.1 Physiologische Grundlagen
3.3 Vorteile derfMRT
3.4 Nachteile des fMRT
3.5 Hauptkomponenten und Aufbau des MRT
3.6 Messverfahren bei der fMRT
3.7 Analyse von fMRT-Daten

4 Diskussion

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT/fMRI), ist ein wichtiges, nicht-inva- sives Verfahren in der bildgebenden Neuropsycholgie. Sie vereint Vorteile der PET (Posit- ronenemissionstomographie) und MRT und ermoglicht somit nicht nur die Darstellung ana- tomischer Himstrukturen von Probanden¹, sondern sie liefert eindrucksvolle Bilder uber Ge- hirnaktivitat und deren Lokalisation im Gehirn.

Im Rahmen dieser Hausarbeit wird die funktionelle Magnetresonanztomographie anhand der Studie ,,Der Zusammenhang zwischen kognitiver Emotionsregulation und der Fahigkeit, ne­gative Emotionen zu beeinflussen - eine fMRI-Studie“, von Katja Baron (2011) erklart. Zu- nachst wird ein Uberblick gegeben, mit welchen Fragestellungen sich die Studie Katja Ba­rons befasst. AnschlieBend folgt ein Uberblick uber die Funktionsweise der fMRT, Vor- und Nachteile werden beleuchtet sowie die einzelnen Komponenten eines Magnetresonanztomo- graphen aufgefuhrt.

2 Die Studie - Uberblick

Die Studie Katja Barons (2011) beschaftigte sich mit folgender Forschungsfrage: ,,Welche Hirnregionen werden aktiviert, wenn man eine ausgewahlte Stichprobe von prufungsangst- lichen Jugendlichen nicht trainiertes Reappraisal² auf selbstwertbedrohliche verbale Stimuli anwenden lasst?“

Die Studie wurde 2005 in Ulm durchgefuhrt. Getestet wurde eine Hoch-Risiko Gruppe von prufungsangstlichen Abiturienten, welche neben ihrer Prufungsangst (getestet mit TAI-G) eine erhohte Traumabelastung, sowie eine erhohte Neigung zu kritischen Lebensereignissen und psychischen Storungen aufwies.

Das Studiendesign teilte sich in eine Fragebogenerhebung, die Untersuchung im Kernspin- tomographen und einem Fragebogen zu Zustandsvariablen auf. Im Kernspintomographen wurden den Probanden neutrale und selbstwertbedrohliche Worte gezeigt. Neutrale sollten lediglich angesehen werden und selbstwerbedrohliche entweder angesehen oder umgedeutet werden. Nach Presentation der Worte und anschlieBendem Ansehen oder Umdeuten wurde die erlebte Emotionalitat auf einer Skala von 1 bis 7 bewertet. Die Ergebnisse der Studie in Bezug auf die Forschungsfrage waren aktivierte Regionen beim Reappraisal im linken vent- rolateralen Prafrontalcortex. Beim emotionalen Verarbeiten bei der Wahmehmung, sowie dem Umdeuten der selbstwertbedrohlichen Worte zeigten sich Aktivierungen in der rechten Amygdala, welche eine hohe Relevanz fur die Emotionsverarbeitung hat.

Schlussfolgemd kann aufgrund der fMRI-Ergebnisse gesagt werden, dass die fur die emoti­onale Verarbeitung wichtigen Hirnregionen beim Reappraisal aktiviert wurden, was die Hy- pothese bestatigt, dass Reappraisal eine funktionierende Methode der Emotionsregulation in dieser Studie ist.

3 Die Methode: Funktionelle Magnetresonanztomographie

3.1 Physikalische Grundlagen

Die MRT beruht auf der Erzeugung und Messung elektromagnetischer Signale aus dem Ge­webe von Probanden. Alle Atomkeme mit einer ungeraden Anzahl von Nukleonen sind mag- netisch erregbar. Bei der MRT wird meist das Atom 'll gemessen, das haufigste Isotop von Wasserstoff, dessen Kern aus nur einem Proton besteht, ist. Das Wasserstoffisotop ist fur MRT-Messungen besonders gut geeignet, da es im Organismus reichlich vorhanden und empfindlich fur Magnetresonanz ist.

3.1 Physiologische Grundlagen

Die funktionelle Magnetresonanztomographie vereint einige Vorteile des MRT und PET. Bei der MRT werden mithilfe von Magnetfeldem und Radiowellen Magnetimpulse erzeugt, wel­che dafur sorgen, dass sich einige Atome ausrichten. Beim Abschalten des Magnetimpulses vibrieren die Atome wahrend sie sich wieder in ihre Ursprungslage zuruckbewegen. Wellen- empfanger orten dies und leiten die Information an einen Computer weiter, welcher nun deutliche Bilder uber anatomische Details im Gehirn generiert. (Gerring, 2016: S.91)

Bei der Postitronen-Emissions-Tomographie (PET) kann der Ort verschiedener Aktivitaten gemessen werden, indem ein Proband (ungefahrliche) radioaktive Substanzen injiziert be- kommt, welche uber das Blut in das Gehirn wandern und dort von den aktiven Gehirnzellen aufgenommen werden. Aktive Zellen geben somit Radioaktivitat ab, welche erfasst wird. Ein Computer erzeugt dann ein Bild (PET-Scan), siehe Abbildung 1 (Gerring, 2016: S.91).

1: PET-Scan of the brainfor

depression (Mayo FoundationforMedical Education and Research (MFMER), 2019)

Bei der fMRT wird der Sauerstoffgehalt des Blutes im Gehirn gemessen. Das Gehirn wird durch das vaskulare System versorgt, indem das Arteriensystem sauerstoffangereichertes Blut uber ein Geflecht aus BlutgefaBen in das Kapillaren ins Gehirn transportiert. Im Arte- riengeflecht ist der Sauerstoff an Hamoglobin gebunden, das Blut ist zunachst oxygeniert. Im Kapillarbett sowie dem Venengeflecht dagegen ist das Blut desoxygeniert (Goebel & Kriegeskorte, 2005).

Bei fMRT-Messungen werden die verschiedenen magnetischen Eigenschaften von oxyge- niertem und desoxygeniertem Blut genutzt, denn der Sauerstoffgehalt des Blutes beeinflusst die Signalintensitat des MRT. Wenn bestimmte Hirnregionen aktiv sind, besteht dort erhoh- ter Bedarf an Sauerstoff und Glucose, welcher durch GefaBerweiterung und somit einer Zu- flusserhohung gedeckt wird. Die Reaktion des vaskularen Systems auf den erhohten Ener- giebedarf bezeichnet man als hamodynamische Reaktion, welche fur einige Sekunden sogar zu einer deutlichen lokalen Uberversorgung fuhrt (Goebel & Kriegeskorte, 2005).

Die hamodynamische Reaktion erzeugt den BOLD- (blood oxygen level dependent) Effekt (Ogawa, Lee, Kay & Tank, 1990; Ogawa, Lee, Nayak & Glynn, 1990). Fur den Sauer- stofftransport entsteht Oxyhamoglobin, durch die Oxygenierung von dem an Hamoglobin gebundenes Eisen. Die magnetische Eigenschaft des Eisens ist in diesem Komplex weitge- hend maskiert, es ist diamagnetisch. Das Eisen im Komplex Desoxyhamoglobin besitzt da­gegen eine paramagnetische Wirkung, dies erzeugt Magnetfeldinhomogenitaten in seinem Umfeld. Da das Signal vom Verhaltnis zwischen oxygeniertem und desoxgeniertem Blut beeinflusst wird, fuhrt eine Verringerung von desoxygeniertem Blut zu zu einer Verringerung der Magnetfeldinhomogenitaten, ein starkeres Magnetfeldsignal wird gemessen. 1st der An­ted desoxygenierten Blutes hoch, wird ein schwacheres MR-Signal gemessen.

Vereinfacht gibt es in aktiven Hirnregionen mehr sauerstoffreiches Hamoglobin (Oxyhamo-globin), gegenuber sauerstoffarmem Hamoglobins (Desoxyhamoglobin). Aufgrund der fer- romagnetischen Eigenschaften von Hamoglobin (z.B. wegen der vorhandenen Eisenionen), geht dieses Ungleichgewicht zugunsten des sauerstoffreichen Blutes mit einer Magnetfeld- verschiebung einher. (Hussy, Schreier & Echterhoff 2013: S.102) Diese Verschiebung kann die fMRT registrieren wodurch eine Erhohung des zerebralen Blutflusses in aktiveren Hirn- arealen identifiziert werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: BildmaterialJMRT (Radiologie am Berliner Platz, 2018)

Der BOLD-Effekt ist ein indirekter Indikator fur funktionelle Himaktivitat: Zu Beginn von neuronaler Aktivitat kommt es zu einem Abfall des MR-Signals aufgrund eines Abfalls des oxygenierten und einem Anstieg von desoxygenierten Blutes. Da angenommen wird, dass zu Beginn neuronaler Aktivitat mehr Sauerstoff verbraucht wird als schnell zur Verfugung steht. Auf den anfanglichen Abfall oxygenieren Blutes folgt ein Anstieg dessen, aufgrund einer verstarkten Durchblutung dieses Gebietes. Dies wird als overshoot bezeichnet, das MR-Signal wird verstarkt. Nach Ende der Aktivierung sinkt das Signalniveau zunachst unter sein Ursprungsniveau {undershoot) und nahert sich langsam wieder seiner Ausgangslage an. Bei der Untersuchung wird der Proband in ein starkes Magnetfeld gebracht und mit elektro- magnetischen Strahlungen im Radiofrequenzbereich bestrahlt. Aus dem durch die magneti- schen Gewebeeigenschaften entstandenen Echo lassen sich dreidimensionale Bilder (Abbil- dung 2) rekonstruieren (Goebel & Kriegeskorte, 2005).

word generation (melodic -spca) Da bei der fMRT Vorteile der MRT und PET vereint sind, liefert sie Informationen uber die Strukturen und auch Funktionen des Gehirns.

Genutzt wird die fMRT, um die Hirnregionen darzustellen, welche mit bestimmten Funktio- nen, wie z.B. Emotionsverarbeitung, Sprache, Gedachtnis in Zusammenhang stehen (vgl. Gerring 2016: S. 91)

3.3 Vorteile der fMRT

Ein groBer Vorteil des fMRI ist, dass das Verfahren nicht-invasiv ist, es entstehen keine Schadigungen von Gewebe oder Schmerzen. Das Gewebe wird lediglich etwas erhitzt. Zudem mussen keine radioaktiven Markierungssubstanzen injiziert werden. Die raumliche Auflosung ist sehr hoch (ca. 1 mm) und der Proband muss sich im Gegensatz zu radiologi- schen Verfahren weniger lange in der Untersuchungskammer aufhalten. (Hussy, Schreier & Echterhoff: 2013, S. 102). AuBerdem sind Tumore, Entzundungen und Verletzungen beson- ders gut zu sehen.

FMRT-Schnittbilder haben eine hohere Auflosung als PET-Schnittbilder und konnen viel schnellererzeugtwerden(Carlson2004: S. 179).

3.4 Nachteile des fMRT

Von Nachteil ist, dass der Gerauschpegel wahrend der Aufnahme sehr hoch und die Anfal- ligkeit durch Storeffekte durch schon geringfugige Bewegungen der untersuchten Person groB ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass Personen mit metallischen Gegenstanden am Korper (Herzschrittmacher, Spiralen, Retainer, Piercings, bestimmte Zahnfullungen, etc.) aufgrund der Magnetisierung nicht untersucht werden konnen. (Hussy, Schreier & Echterhoff, 2013: S. 103). Hohe Anschaffungs- und Betriebskosten sind ein weiterer Nachteil.

Die Rohre, in der sich die untersuchte Person befmdet, ist sehr eng, was bei manchen Pati- enten unangenehme Beklemmungsgefuhle auslosen kann. Ganzkorpertomographien konnen allerdings auch unter Narkose oder der Gabe von Beruhigungsmitteln erfolgen. Dies hatte zudem den Vorteil, dass die Gefahr vom Verwackeln des Bildes oder Artefakten durch Be­wegungen sinken wurde. (Reiche 2017: Gesundheit.de)

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¹ Aus Grunden der besseren Lesbarkeit wird auf die gleichzeitige Verwendung aller personalisierten Sprachformen verzichtet. Samtliche Personenbezeichnungen gelten gleichwohl furjedes Geschlecht.

² Kognitive Umstrukturierung / Neubewertung, z.B. Prufung wird nicht als Gefahr, sondern als Chance gesehen