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Wissen Scan ohne MRT: Neue Einblicke ins Gehirn
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11:00 27.10.2018
Die Ankündigung sorgt für viel Aufsehen: Die Firma Openwater forscht an tragbarer Scannerkleidung. Was ist dran am tragbaren Ersatz für Hirnscanner? Quelle: Jakarin2521/iStock
Berlin

Hirnscans können ganz schön anstrengend sein. In der Röhre ist es eng, der Kopfhörer drückt, und bei Scans des Kopfes wird der Schädel zwischen Schaumpolstern eingeklemmt. Nun aber kündigt die Firma Openwater aus den USA eine Technologie an, die der Enge ein Ende bereiten könnte: eine überziehbare Scannerkleidung, übersäht mit winzigen Infrarotdisplays und Sensoren.

Die Kleidung – eine Mütze etwa – soll sogar eine bessere Auflösung erzielen als die heute verbreitete Magnetresonanztomografie (MRT), die man einsetzt, um zum Beispiel Bilder von Gewebe und Organen zu erzeugen. Einen Prototyp will Openwater im Jahr 2019 vorstellen. Doch schon jetzt erregt die Ankündigung viel Aufsehen. Immerhin wäre das nicht nur eine neue Diagnosemethode, sondern auch ein Quantensprung für die Hirnforschung. Was also ist dran am tragbaren Ersatz für Hirnscanner?

Klassische Hirnscanner, also MRT, nutzen Magnetfelder und Radiowellen, um im Hirngewebe ein Signal zu erzeugen, das dann mit Detektoren in der Röhre aufgefangen wird. Wie stark die Auflösung dabei ist, hängt von der Stärke des Magnetfeldes ab. Scanner haben heute jedoch bereits die Grenze der Magnetfeldstärke erreicht, die der Organismus gut verträgt – und damit auch die Grenze der räumlichen Auflösung.

Licht statt Magnetfeld

Die Firma Openwater will das Gehirn nun ohne Magnetfeld durchleuchten – und zwar mit Licht im sogenannten Nah-Infrarot-Bereich. Normalerweise würde dieses Licht zu stark gestreut, als dass man aus ihm ein brauchbares Signal filtern tern könnte. Das amerikanische Unternehmer behauptet, eine Lösung dafür gefunden zu haben.

Und die sieht so aus: „Wir fangen mit jedem Sensor das durch das Gehirn gewanderte Licht auf. Aus diesen Daten erzeugen wir ein Modell davon, wie das Licht auf seinem Weg abgelenkt wurde“, sagt Mary Lou Jepsen, Gründerin von Openwater. Man arbeitet also nach dem Holografieverfahren, das den Wellencharakter des Lichts nutzt, um Darstellungen zu erzeugen. Mit dem „holografischen Modell” könne man laut Jepsen das Infrarotlicht dann neu fokussieren – und zwar so, dass die Ablenkungen vom Gewebe ausgeglichen werden.

Jepsen behauptet, damit bereits heute räumliche Auflösungen zu erreichen, die unglaubliche 100 Millionen Mal höher sind als beim besten MRT. Sollte die Technologie funktionieren, wäre das ein Riesenschritt für die Hirnforschung. Als ehemaliger Leiterin der Display-Abteilung bei Google X und Oculus, kann man Mary Lou Jepsen zumindest die Expertise in Sachen Bildschirmtechnologie nicht absprechen.

Der Mikrokosmos des Gehirns bleibt verborgen

Und sie setzt auf eine durchaus verbreitete Technologie: Mit Nah-Infrarot-Licht wird heute zum Beispiel standardmäßig der Sauerstoffgehalt im Blut gemessen, mit einem kleinen Clip am Finger. Und auch in der Hirnforschung wird das Licht bereits seit rund 20 Jahren genutzt, um die Hirnaktivität bildlich darzustellen.

Selbst wenn die Technologie von Openwater all ihre Versprechungen halten sollte, wird sie aber ein Problem nicht lösen können: die starke zeitliche Verzögerung. Denn welche Hirnregionen wann aktiv sind, registrieren Nah-Infrarot-Methoden wie auch MRT erst Sekunden, nachdem die Aktivität längst vorbei ist.

Der Grund: Beide Technologien messen die Aktivität des Gehirns am Sauerstoffsättigungsgrad des Blutes. Fährt ein Hirnbereich seine Aktivität hoch, verbraucht er mehr Sauerstoff. Dieser Prozess findet über mehrere Sekunden statt. Die Prozesse dagegen, mit denen die Nervenzellen kommunizieren, benötigen nur wenige Millisekunden. Deshalb bleibt jeder auf Blutsauerstoff basierenden Methode auch das, was sich im Mikrokosmos des Gehirns abspielt, verborgen.

Innenansichten: MRT-Aufnahmen eines Gehirns. Quelle: iStock

Trotzdem wird die Infrarotbildgebung bereits in der Forschung angewendet. „Mittlerweile hat sich die funktionelle Nah-Infrarot-Spektroskopie einen Platz unter den Verfahren ergattert, mit denen die Hirnaktivität dargestellt werden kann“, sagt Arno Villringer, Direktor der Klinik für Kognitive Neurologie am Leipziger Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften und einer der Pioniere der Infrarotbildgebung.

Drei Anwendungen stünden dabei im Vordergrund: die Forschung mit Kleinkindern und Frühgeborenen, die man nur unter speziellen Bedingungen in eine MRT-Röhre legen kann. Die mobile Bildgebung der Hirnaktivität, zum Beispiel während körperlicher Aktivität. Und, in Kombination mit einer Hirnstrommessung (EEG), die Anwendung als Hirn-Computer-Schnittstelle.

Besonders vielversprechend sei das für die hirngesteuerte Navigation in virtuellen Realitäten, sagt Villringer. Mit einer Infrarot-EEG-Kappe könnten Probanden etwa Objekte, die sie in einem 3-D-Headset sehen, mit reiner Gedankenkraft bewegen. „Die Bedingungen, unter denen die Hirnaktivität aufgenommen werden, sind dabei viel natürlicher als in einem MRT“, sagt Villringer.

Räumliche Auflösung geringer als beim MRT

Der Nachteil dieser Infrarotmethoden sei aber, dass „die räumliche Auflösung viel geringer ist als beim MRT“. Villringer ist skeptisch, ob Openwater dieses Problem tatsächlich wird lösen können.

Jepsen betont zwar, dass ihr Ansatz sich von den gängigen Anwendungen der Infrarotbildgebung unterscheidet, denn er beruhe auf sogenannten Phasenkontrasten des Infarotlichtes. „Mit Phasenverschiebung wurde aber schon viel experimentiert“, sagt Villringer. „Da reichen winzige Bewegungen, um das Signal zu zerstören.“ Nicht gerade das, was man sich von Scannerkleidung wünscht.

Man darf also gespannt sein, ob Openwater im kommenden Jahr den großen Versprechen ein revolutionäres Produkt folgen lässt.

Von Christian Honey

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