Vorlesung 5 Neurophysiologische Messverfahren Flashcards
Messverfahren auf Basis elektromagnetischer Veränderungen des Gehirns
- EEG –> Elektrische Aktivität Gehirn
- MEG –> Messung Magnetischer Aktivität (Ströme aktiver Nervenzellen verursachen magnetische Signale)
Messverfahren auf Basis des Hirnstoffwechsels
- PET –> Injektion Radioaktiver Stoffe, bindet an Glucose, Stoffwechsel wird so Betrachtet
- MRT
Was ist die Grundlage des MRT und welches Atom ist im Fokus ?
- Grundlage = Magnetische Eigenschaften einiger Atomkerne –> KERNSPIN, also ein Atomkern der um seine eigene Achse rotiert
- Wasserstoff (H) kommt am häufigsten vor (rotierende Masse mit Drehimpuls und dadurch Magnetischer Moment)
Was sind Spins und worauf reagieren sie ?
- Atomkernen mit Drehimpuls und magnetischen Moment –> Diese reagieren auf Magnetfelder und elektromagnetische wellen
Wie rotieren dei Spins im Normalfall vs. Im Magnetfeld ?
- In beliebige Richtung
- Richten sich B0 aus
Was geschieht durch die Kraft im Magnetfeld ?
- Dadurch kommt es zu einer Präzession (Richtungsänderung) der Spins –> Ausgleichsbewegung in Richtung des Externen Magnetfelds
- Kern dreht sich zum einen um die EIGENE Achse als auch um eine Präzessionsachse parallel zum externen Magnetfeld
Weshalb unterscheidet sich die Frequenz der Präzession ?
- hängt vom Atomkern ab
- Als auch von der Magnetfeldstärke
Was ist die Larmorfrequenz ?
Die charakteristische Frequenz für einen Atomkern
Was ist Längsmagnetisierung ?
- Ausrichtung der Spins entlang des Magnetfelds
–> Gleichgewichtszustand
Was ist ein HF Puls ?
- Hochfrequenzimpuls
- Dieser kann das Gleichgewicht stören
–> Dafür muss die Frequenz der eingestrahlten Elektromagnetischen Welle mit der Lamorfrequenz übereinstimmen - Die zusätzliche Elektromagnetische Welle durchquert sozusagen die Längssegmentierung
Was sind Resonanzbedingungen ?
- Grundvoraussetzungen für die Messung
- müssen erfüllt sein damit die zugefügte Energie auch von den Spins aufgenommen wird
Was geschieht beim einstrahlen und wieder abschalten des HF Puls ?
- Die Atome kippen von Richtung Z in Richtung XY
–> Anregung - DIe Längsmagnetisierung (Mz)wird aufgehoben –> JETZT Quermagnetisierung (Mxy)
–> Die Spins rotieren nun auf dieser Ebene - Nach Abschalten bleibt Mxy nicht lange erhalten –> tendieren wieder zu Mz
- Die Spins geben die zuvor gewonnen Energie wieder an das Umfeld ab
–> Es werden Radiosignale die ausgesendet werden und von Detektor Spulen erfasst werden
Was ist ein MR Signal und Entstehung ?
- Free induction Decay
- Unterscheidung in T1-Relaxation und T2-Relaxation
T1: Die Zeit nach der die Längsmagnetisierung auf 63% der Originalstärke zurückgekehrt ist (longitudinal Decay )
–> TE/ Repetitionszeit entscheidet über Beitrag von T1
T2: Zeit nachdem die Quermagnetisierung auf 37% der Ausgangsgröße abgesunken ist –> Dephasierung (Transverse Decay )
–> TE/ Echozeit entscheidet über Beitrag von T2
–> Da sich verschiedene Gewebetypen unterscheiden auf die einzelnen Zeiten überlagern sich diese
Was ist fMRT ?
- Die Darstellung von Aktivierungsmustern unterschiedlicher Hirnfunktionen (aktiviert vs nicht aktiviert)
- Es werden die physiologischen Begleiterscheinungen gemessen die mit neuroyaler Aktivität einher gehen
–> Neurovaskuläre Kopplung - Zeitliche Auflösung ist okay, räumliche Auflösung ist sehr gut
Kontrastmechanismen der MR-Bildgebung sind…?
- Blutvolumenveränderung
- Blutflussänderung
- BOLD Kontrast
Was ist der BOLD-Kontrast und wie entsteht dieser ?
- Blood oxygenation Level dependent Kontrast
- Physiologisch gesehen durch Erhöhung des regionalen zerebralen (Gehirn) Blutflusses während neuronaler Aktivität
- Das Sauerstoff Angebot übersteigt lokalen Sauerstoffverbrauch
–> Überangebot von Oxy-Hämoglobin einem Sauerstoffüberschuss nahe aktiver Hirnregionen
–> Das kann man bei Messung des MR Signals genutzt werden
Was zeigt die Entdeckung von Pauling allgemein ?
- Oxygeniertes und deoxygeniertes Blut haben unterschiedliche Magnetische Eigenschaften
- Hämoglobin besteht aus 4 Eisen Eisenatomen, an die jeweils 1 Sauerstoff gebunden werden kann
–> Eisenatome besitzen eigenes Magnetfeld das je nach Situation unterschiedlich stark ist
Eigenschaft vom Magnetfeld von Deoxy-Hämoglobin (Pauling)
- eigenes Magnetfeld stärker, stört das externe = Inhomogenität
- Dadurch verkürzt sich die T2* zeit im betroffenen Gewebe
–> Abschwächung des zu messenden MR Signals der angeregten Wasserstoffatomkerne
Eigenschaft vom Magnetfeld von Oxy-Hämoglobin (Pauling)
- Magnetfeld der Eisenatome wird unterdrückt !!
–> Bei höherer Konzentration Oxy-Hämoglobin = geringere Störung des externen Magnetfeldes –> MR Signal anstieg/ kommt deutlicher zum Vorschein - ## ABER keine Verstärkung, Überschuss unterdrückt nur Hemmung von Deoxy
Was passiert in Bereichen Neuronaler Aktivität (Pauling)
- Überangebot an Sauerstoffreichem Blut kann zu stärkeren MR Signal führen
–> BOLD Effekt= Abhängigkeit der MR Signalintensität vom Sauerstoffgehalt der Blutkörperchen
Wie misst man den BOLD-Kontrast
- Wie beim MRT Messen, aber andere Messsequenz wird genutzt –> T2*
Was wird nicht gemessen ?
- fMRT zeigt nicht die Neuronale Aktivität selbst
–> Sondern Verknüpfung von physiologischen Veränderungen mit Neuronaler Aktivität - Man kann erkennen welche Gehirnbereiche Aktiv sind
–> Bsp.: Hippocampus –> Wenn dieser Aktiv ist weiss man es wird etwas Gespeichert oder abgerufen, aber nicht was
Was ist ein Experiment ?
Explizite Einführung eines experimentellen Stimulus in eine Untersuchungssituation unter Kontrolle von Störgrößen
–> UV manipulieren und AV messen
was wird oft in fMRT Experimenten genutzt und was wird gemessen?
- Bilder, Gesichter, Objekte
- Veränderung hinsichtlich des BOLD Signals