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© Patric Hagmann, CHUV-UNIL, Lausanne, Schweiz
Das Gehirn als Netzwerk: Darstellung durch MR-Konnektomik.
 
Radiologie 21. März 2014

Landkarte der Gehirnverbindungen

Konnektomik: ein neues Feld der Neurowissenschaften.

Wissenschaftler sind immer noch weit davon entfernt, das menschliche Gehirn in seiner Gesamtheit zu verstehen. Vor allem das Fehlen einer umfassenden Abbildung aller Verbindungen im Gehirn, einem sogenannten Konnektom, macht dies nach wie vor schwierig. Neue Fortschritte im Bereich der Magnetresonanztomographie könnten nun aber einen deutlichen Schritt in diese Richtung bedeuten.

Erkrankungen des Gehirns wirken sich auf die neuralen Verbindungen aus und eine Abbildung bzw. ein genaueres Verständnis dieser Verbindungen, wäre eine große Hilfe, um diese Prozesse besser zu verstehen. In einer New Horizons Session am ECR 2014 zeigte Dr. Patrick Hagmann, Lausanne, Schweiz, wie neue Entwicklungen im MRT-Bereich es möglich machen, das menschliche Konnektom besser zu verstehen. „Wir haben es noch nicht geschafft, das menschliche Konnektom zu entschlüsseln, aber spezifische technische Entwicklungen in der Magnetresonanztomographie und Bildgebungssoftware stimmen uns zuversichtlich. Die Entwicklung der Diffusions-MRT und anderer MR-Techniken wie die Traktographie der weißen Gehirnmasse und die Unterscheidung zwischen dieser und der grauen Gehirnmasse, haben es uns ermöglicht, die gesamte humane strukturale Konnektivität in vivo und auf einer makroskopischen Ebene darzustellen. Es ist nun möglich, das Konnektom eines individuellen Patienten nicht-invasiv und äußerst schnell auf Millimeter-Ebene darzustellen“, führt Hagmann aus.

Nervenbahnen, welche die graue Gehirnmasse verbinden, können nun als Netzwerk aus Knoten und Ecken dargestellt werden (siehe Bild). Um dies, und auch die Auswirkungen von Krankheiten darauf, besser verständlich zu machen, benützt Hagmann gerne das Beispiel eines Verkehrsnetzes: „Die verschiedenen Bereiche des Gehirns sind wie Flughäfen von unterschiedlicher Größe. Es gibt kleinere wie Genua, mittelgroße wie Madrid und große Drehscheiben wie Heathrow. Wenn es nun ein Problem auf einem dieser kleineren Flughäfen gibt, so wirkt sich dies lokal, ohne gröbere Auswirkungen auf das Gesamtnetz aus. Betrifft es aber eine größere Drehscheibe, dann gibt es auch massivere Auswirkungen auf alle übrigen Verbindungen. Genauso verhält es sich auch im Gehirn, manche Erkrankungen betreffen Knotenpunkte, andere nur mittlere oder kleine Areale und je nachdem unterscheiden sich auch die Auswirkungen auf den gesamten Organismus“, so Hagmann.

Die aktuellen Errungenschaften haben die Entstehung der Konnektomik vorangetrieben, einem neuen Feld der Neurowissenschaften, das sich mit den organisatorischen Strukturen des menschlichen Gehirn-Netzwerks beschäftigt. Diese Forschung wird vielleicht helfen, einige neurodegenerative Erkrankungen sowie die biologischen Grundlagen von psychischen Erkrankungen wie Autismus und Schizophrenie zu verstehen.

Diese Möglichkeiten lassen Hagmann optimistisch in die Zukunft blicken: „Es wird Meilensteine in der Technik geben, die uns erlauben werden, die Auflösung und Genauigkeit unserer Messgeräte auf ein neues Level zu heben. Aus unzähligen klinischen Studien wird ein neues Verständnis der Gehirnphysiologie und der Krankheitsmechanismen hervorgehen, ebenso wie neue Wege, um Gehirnerkrankungen zu diagnostizieren und zu charakterisieren“.

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