Erwin L. Hahn Institute for MRI

Forschung

Zwei herausragende Projekte der letzten zwei Jahre, die von ForscherInnen der UDE durchgeführt wurden, demonstrieren die breite Anwendung der 7T MRT. Im ersten Projekt wurde die Hochfrequenztechnologie, die ursprünglich zur Bildgebung im Oberkörper entwickelt wurde, für die Nutzung im Becken- und Beinbereich weiterentwickelt. Die Gefäßdarstellung im MRT (Angiographie) kann somit auch in den unteren Extremitäten angewendet werden, ohne dass ein Kontrastmittel eingesetzt werden muss, das bei einigen Erkrankungen, insbesondere bei Niereninsuffizenz, nicht verabreicht werden sollte. Alle Probanden wurden in Rückenlage – Füße voran – auf einem speziell angefertigten AngioSURF Tisch, der manuell innerhalb des stationären HF-Spulensystems verschoben werden kann, positioniert und untersucht.

Auf diese Weise kann ein Stapel von Angiographieblöcken aufgenommen werden, in dem die Hochfrequenzkomponenten stationär im Isozentrum des Magneten bleiben und der Proband stufenweise hindurch bewegt wird. Dies bedeutet, dass die einzelnen Stationen (vom Becken bis hinunter zu den Füßen) segmentweise dargestellt werden können. Die Abbildung zeigt das vollständig zusammengesetzte Bild der einzelnen Stationen als MIP (Maximale Intensität Projektion).

Die selbstgebaute 16-Kanal-Sende-/Empfangs­spule, bestehend aus 16 einzelnen Meanderelementen wurde dazu verwendet. Fünf dieser Elemente wurden flach unter dem AngioSURF Tisch positioniert, die anderen elf Elemente wurden in einem Halbkreis über dem Tisch angeordnet. TIAMO, eine in Essen entwickelte und patentierte Methode, wurde eingesetzt, um so genannte B1-Artefakte zu reduzieren und somit nahezu homogene Bilder zu generieren.

In einer Studie wurden Probanden mit bekannter peripherer arterieller Verschlusskrankheit (pAVK) mit Hilfe der nicht-kontrastverstärkte Magnetresonanz-Angiographie (MRA) bei 7T untersucht. Da diese Erkrankung oft mit Diabetes einhergeht, haben viele der Probanden mit pAVK eine chronische Niereninsuffizienz. Die bei 7T nativ aufgenommenen Bilder wurden mit kontrastverstärkten Bildern bei 1,5T verglichen. Arterielle Stenosen beziehungsweise Verschlüsse wurden in jedem Segment ausgemessen und gezählt. Erste Ergebnisse in dieser kleinen Probandengruppe zeigen eine gute Übereinstimmung der nativen MRA bei 7T gegenüber der klinischen Kontrastmittelverstärkten 1,5 T Untersuchung.

In einer zweiten Studie untersuchten Forscher der UDE, wie das Gehirn Entscheidungen unter Stress trifft. In einigen Situationen müssen ­Menschen Entscheidungen mit schwerwiegenden Folgen treffen, zum Beispiel ein Arzt im OP oder ein Polizist während eines Straßenkampfes. ­Diese Situationen lösen oft psychischen Stress aus, der einen Einfluss auf die Entscheidungen, die diese Menschen treffen, haben kann. Zusätzlich werden in diesen Situationen oft gleichzeitig Tätigkeiten ausgeführt, während diese äußerst wichtigen Entscheidungen getroffen werden müssen. Daher ist es wichtig zu verstehen, was mit der Effizienz der Entscheidungsfähigkeit der Personen in diesen Situationen passiert. Die Kombination aus Stress mit einer Zusatzbelastung scheint die Entscheidungsfähigkeit vor nachlassender Effizienz zu bewahren, vermutlich durch einen Wechsel von serieller zu paralleler Weiterverarbeitung.

Die Frage bleibt, was im Gehirn in solch anstrengenden Situationen passiert und welche ­Gehirnareale in die Entscheidungsfindung unter Stress in einer Situation mit zwei Aufgaben (handeln und entscheiden) involviert sind. Es wird angenommen, dass Stress zu Veränderungen der neuronalen Aktivität in Arealen des Gehirns führt, die in die Entscheidungsfindung unter Stress und in das Arbeitsgedächtnis involviert sind, zum Beispiel dorsolaterale, präfrontale Gebiete (dIPFC) und Teile des anerioren cingulären Kortex (ACC).

Die Daten von 33 gesunden Rechtshändern wurden analysiert, von denen 16 nach dem Zufallsprinzip der Stressgruppe zugeordnet wurden und 17 der Kontrollgruppe. Das Zusammenspiel zwischen Stress (induziert durch den Trier Social Stress Test), Risikoentscheidungsfindung (Würfelspiel-Aufgabe, GDT) und einer reinen Arbeitsgedächtnisaufgabe wurde untersucht.

Eine ROI-Analyse (ROI = region of interest) wurde in den präfrontalen Kortex, spezielle im dlPFC, dem ACC und dem parietalen Kortex durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die gestressten Probanden auf der Verhaltensebene keine signifikanten Unterschiede in der Aufgabenleistung zeigen. Interessanter Weise zeigte die Stressgruppe beim Vergleich der mit der Kontrollgruppe einen stärkeren Anstieg der neuronalen Aktivierung im vorderen Teil des dlPFC, wenn die Arbeitsgedächtnisaufgabe gleichzeitig mit der Risikoentscheidungsfindungsaufgabe durchgeführt wird, als wenn jede Aufgabe einzeln durchgeführt wird.

Dieses Hirnareal wird mit der Parallelverarbeitung in Zusammenhang gebracht. Zusätzlich wurde in der Stressgruppe eine Zunahme des Stresslevels gefunden, der mit einem Abfall der neuronalen Aktivierung im dorsalen Teil des ­dlPFC assoziiert ist. Diese Hirnregion wird mit der seriellen Informationsverarbeitung verknüpft.

Die Kombination der Ergebnisse dieser Studie kann in die folgende Richtung weisen: In stressigen Situationen, in denen eine Entscheidung gleichzeitig zu einem hohen Arbeitsgedächtnisbedarf getroffen werden muss, gibt es eine stärkere ­Aktivierung eines Hirnareals, das mit paralleler Verarbeitung verknüpft ist (dorsaler Teil des ­dlPFC). Gleichzeitig nimmt in Gehirnbereichen, die mit serieller Verarbeitung assoziiert sind (dorsaler Teil des dlPFC), die Aktivierung ab. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der ­Hypothese, dass Stress den Wechsel von serieller zu paralleler Verarbeitung in anspruchsvollen Situationen mit zwei Arten von Aufgaben triggert.