E11 Neurovaskuläre Kopplung

Thema

Die neurovaskuläre Kopplung verknüpft die lokale neuronale Aktivität im Hirngewebe – also die lokale Feuerrate der Neuronen – mit regionalen Veränderungen dreier Eigenschaften des Hirngewebes: der Hirndurchblutung, des Blutvolumens und der Sauerstoffversorgung. Diese neurovaskuläre Kopplung bildet die physiologische Grundlage für funktionelle Bildgebungsverfahren wie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT).

Das Ballonmodell beschreibt diese neurovaskuläre Kopplung des Hirngewebes in drei aufeinanderfolgenden Phasen. In der ersten Phase reagiert das Hirngewebe auf die lokale neuronale Aktivität mit einem vasodilatatorischen Signal, das mit dem Abklingen dieser Aktivität abklingt. In der zweiten Phase integriert der einströmende Blutfluss in das Hirngewebe dieses vasodilatatorische Signal: Je intensiver und anhaltender das Signal, desto größer ist der Blutfluss, der sich im Hirngewebe ansammelt.

In der dritten Phase füllt der einströmende Blutfluss in das Hirngewebe ein venöses Kompartiment. Das normalisierte Volumen und der normalisierte Desoxyhämoglobingehalt dieses Kompartiments verändern sich in Abhängigkeit vom einströmenden Blutfluss und der Sauerstoffextraktionsfraktion (FOO) des Hirngewebes: Je höher der einströmende Blutfluss, desto größer das normalisierte Volumen des venösen Kompartiments; je höher die FOO, desto höher der normalisierte Desoxyhämoglobingehalt, der sich in diesem venösen Kompartiment anreichert.

Die Sauerstoffverbrauchsrate des Hirngewebes hängt sowohl vom einströmenden Blutfluss als auch von der FOO ab: Je höher der einströmende Blutfluss und je höher die FOO, desto höher die Sauerstoffverbrauchsrate des Hirngewebes. Schließlich lässt sich das mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) gemessene BOLD-Signal als lineare Kombination der Veränderungen des normalisierten Volumens und des normalisierten Desoxyhämoglobingehalts des venösen Kompartiments des Hirngewebes annähern. Insgesamt ist es dasselbe Hirngewebe, von der lokalen neuronalen Aktivität, die das vasodilatatorische Signal auslöst, bis hin zu den Veränderungen im venösen Kompartiment, das letztendlich dieses vom Blutsauerstoffgehalt abhängige Signal erzeugt, das die funktionelle Magnetresonanztomographie indirekt erfasst.

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