Hirnscans zeigen erstmals, welche Kortexschicht mit welcher kommuniziert
Die äußere Hirnschicht ist wie ein sechsstöckiges Gebäude aufgebaut, und jedes Stockwerk hat andere Aufgaben. Wissenschaftler haben nun erstmals hirnweit kartiert, welches Stockwerk mit welchem verbunden ist – ohne dass das Signal durch Blutgefäße verzerrt wird.
Die funktionelle MRT, mit der Forscher dem Gehirn bei der Arbeit zuschauen, hat einen hartnäckigen Fehler: Sie misst keine neuronale Aktivität direkt, sondern den Blutschub, der ihr folgt. Dieses Blut fließt durch Venen nach oben, die den Kortex durchziehen, und verschmiert dabei das Signal – Aktivität tief im Gehirn erscheint so, als käme sie von der Oberfläche. Für alle, die einzelne Kortexschichten untersuchen wollen, ist das ein grundlegendes Problem.
Eine in eLife veröffentlichte Studie beschreibt eine Technik, die dieses Drainageartefakt unterdrückt. Mit einer modifizierten Submillimeter-Bildgebungssequenz kombiniert mit einem mathematischen Korrekturschritt filterten die Forscher den Beitrag dieser abführenden Venen heraus. Das Ergebnis ist die erste hirnweite Karte schichtspezifischer funktioneller Konnektivität: Sie zeigt, welche Schicht einer Hirnregion Signale an welche Schicht einer anderen sendet.
Warum die Schichten für Alterung und Krankheit wichtig sind
Der menschliche Kortex besitzt sechs Schichten mit jeweils eigenen Aufgaben. Oberflächliche Schichten verarbeiten vorwärtsgerichtete Signale – Informationen, die bei Wahrnehmung und Kognition von einem Areal zum nächsten fließen. Tiefere Schichten transportieren Rückkopplungssignale, die eingehende Informationen mit Vorhersagen abgleichen. Diese bidirektionale Architektur ist zentral dafür, wie das Gehirn sieht, hört, erinnert und antizipiert.
Bei Erkrankungen wie Schizophrenie, Autismus und Alzheimer scheint dieses Gleichgewicht zwischen Vorwärts- und Rückkopplung gestört zu sein. Ohne Werkzeuge zur Messung schichtspezifischer Aktivität in lebenden Menschen blieben die Belege jedoch weitgehend indirekt. Die neue Methode eröffnet nun die Möglichkeit zu prüfen, ob diese Schichten im Krankheitsfall tatsächlich anders kommunizieren und ob sich das Gleichgewicht mit dem Alter messbar verschiebt.
Eine Grundlage – noch kein klinisches Werkzeug
Die Technik ist anspruchsvoll. Submillimeter-MRT erfordert leistungsstarke Scanner, lange Scanzeiten und erheblichen Rechenaufwand. In Krankenhäusern wird sie so bald nicht zum Einsatz kommen. Als Forschungsinstrument aber markiert sie eine bedeutsame Wende. Ein Großteil dessen, was die Neurowissenschaft über Hirnkonnektivität zu wissen glaubte, basierte auf Messungen, die die Schichten ineinander verschwimmen ließen. Diese Einschränkung lässt sich nun beheben.
Ob diese feinkörnigere Karte der Hirnkonnektivität wirklich neue Erkenntnisse über neurodegenerative Erkrankungen oder kognitives Altern liefern wird, bleibt abzuwarten. Das Werkzeug existiert. Was es enthüllt, ist noch eine offene Frage.