D2 Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT, BOLD-Signal)

Thema

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) misst neuronale Aktivität indirekt über ein vom Blutsauerstoffgehalt abhängiges Signal: Bei Aktivierung einer Hirnregion ändert sich der Sauerstoffanteil im sie versorgenden Blut. Diese Veränderung erfasst die fMRT als blutsauerstoffabhängiges Signal. Die vollständige Beschreibung, wie neuronale Aktivität in dieses blutsauerstoffabhängige Signal übersetzt wird, wurde im neurovaskulären Kopplungsmodell eingeführt, dessen direkte Erweiterung dieses Signal darstellt.

Die Standard-Statistikanalyse dieses blutsauerstoffabhängigen Signals verwendet ein allgemeines lineares Modell: Die in jedem Voxel beobachtete Zeitreihe dieses Signals wird als lineare Kombination von Regressoren, die aus dem Versuchsaufbau abgeleitet und mit der kanonischen hämodynamischen Antwortfunktion gefaltet wurden, erklärt. Dieses allgemeine lineare Modell ermöglicht die Generierung statistischer Aktivierungskarten aus dieser Kombination, die zeigen, in welchen Voxeln das blutsauerstoffabhängige Signal am besten durch den Versuchsaufbau erklärt wird.

Die Qualität der BOLD-Signalerfassung wird durch das zeitliche Signal-Rausch-Verhältnis quantifiziert: Je höher dieses Verhältnis, desto zuverlässiger ist das in jedem Voxel aufgezeichnete BOLD-Signal.

In Ruhezustandsstudien, denen ein experimentelles Design mit Aufgaben zur Generierung von Regressoren fehlt, wird die funktionelle Konnektivität zwischen verschiedenen Hirnregionen anders geschätzt: durch Korrelation der Zeitreihen des in jeder dieser Regionen aufgezeichneten BOLD-Signals. Je stärker die Zeitreihen des BOLD-Signals zweier Regionen korreliert sind, desto größer ist die geschätzte funktionelle Konnektivität zwischen ihnen.

Diese aus dem BOLD-Signal in Ruhezustandsstudien geschätzte funktionelle Konnektivität ist ein weit verbreitetes Maß zur Charakterisierung von Netzwerkveränderungen bei verschiedenen Pathologien, die in anderen Modellen dieses Katalogs beschrieben sind, wie beispielsweise Schizophrenie und Autismus-Spektrum-Störung. Insgesamt ist es dieses vom Sauerstoffgehalt im Blut abhängige Signal, das indirekt mittels funktioneller Magnetresonanztomographie gemessen wird, das sowohl die Erstellung statistischer Aktivierungskarten als auch die Abschätzung der funktionellen Konnektivität ermöglicht, die diese Pathologien charakterisiert.

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