Magnetoenzephalographie

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 3. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die Magnetoenzephalographie untersucht die magnetische Aktivität des Gehirns. Zusammen mit anderen Methoden dient sie zur Modellierung von Gehirnfunktionen. Einsatz findet diese Technik hauptsächlich in der Forschung und zur Planung schwieriger neurochirurgischer Eingriffe am Gehirn.

Was ist die Magnetoenzephalographie?

Die Magnetoenzephalographie untersucht die magnetische Aktivität des Gehirns. Zusammen mit anderen Methoden dient sie zur Modellierung von Gehirnfunktionen.

Die Magnetoenzephalographie, auch als MEG bezeichnet, ist ein Untersuchungsverfahren, welches die magnetische Aktivität des Gehirns bestimmt. Dabei wird die Messung durch äußere Sensoren, die sogenannten SQUIDs, vorgenommen. SQUIDs arbeiten auf der Basis von supraleitenden Spulen und können kleinste Magnetfeldänderungen registrieren. Der Supraleiter erfordert eine Temperatur, die fast am absoluten Nullpunkt liegt.

Diese Kühlung kann nur durch flüssiges Helium erreicht werden. Die Magnetoenzephalographen sind sehr teure Geräte, zumal ihr Betrieb monatlich mehrere hundert Liter flüssiges Helium verbraucht. Hauptanwendungsgebiet für diese Technik ist die Forschung. Forschungsthemen sind beispielsweise die Klärung der Synchronisation verschiedener Gehirnareale bei Bewegungsabläufen oder die Aufklärung der Entstehung eines Tremors. Des Weiteren wird die Magnetoenzephalographie auch zur Identifizierung des für eine vorliegende Epilepsie verantwortlichen Hirnareals angewendet.

Funktion, Wirkung & Ziele

Jeder elektrische Strom erzeugt ein Magnetfeld. Dabei wird durch die unterschiedliche Aktivität der Nervenzellen ein Aktivitätsmuster gebildet. Es gibt typische Aktivitätsmuster, die die Funktion einzelner Hirnareale bei unterschiedlichen Tätigkeiten charakterisieren. Beim Vorliegen von Erkrankungen können jedoch abweichende Muster entstehen. Diese Abweichungen werden bei der Magnetoenzephalographie durch geringfügige Magnetfeldänderungen erfasst.

Dabei erzeugen die magnetischen Signale des Gehirns in den Spulen des Magnetoenzephalographen elektrische Spannungen, die als Messdaten aufgezeichnet werden. Die magnetischen Signale im Gehirn sind im Vergleich zu äußeren Magnetfeldern extrem klein. Sie liegen im Bereich von wenigen Femtotesla. Das Erdmagnetfeld allein ist um viele Größenordnungen stärker als die durch Hirnströme erzeugten Felder.

Das zeigt die Herausforderungen des Magnetoenzephalographen, diese von den äußeren Magnetfeldern abzuschirmen. In der Regel wird der Magnetoenzephalograph daher in einer elektromagnetisch abgeschirmten Kabine aufgebaut. Dort wird der Einfluss niederfrequenter Felder von verschiedenen elektrisch betriebenen Gegenständen abgedämpft. Außerdem schützt diese Abschirmkammer vor elektromagnetischer Strahlung.

Das physikalische Prinzip der Abschirmung beruht auch auf der Tatsache, dass die äußeren Magnetfelder nicht so eine große Ortsabhängigkeit besitzen wie die vom Gehirn erzeugten Magnetfelder. So nimmt die Intensität der magnetischen Signale des Gehirns mit der Entfernung quadratisch ab. Felder mit geringerer Ortsabhängigkeit können durch das Spulensystem des Magnetoenzephalographen unterdrückt werden. Das gilt auch für die magnetischen Signale von Herzschlägen. Obwohl das Erdmagnetfeld vergleichsweise stark ist, übt es jedoch auch keinen störenden Einfluss auf die Messung aus.

Das resultiert aus der Tatsache, dass es sehr konstant ist. Lediglich wenn der Magnetoenzephalograf starken mechanischen Schwingungen ausgesetzt ist, macht sich der Einfluss des Erdmagnetfeldes bemerkbar. Ein Magnetoenzephalograph ist in der Lage, ohne zeitliche Verzögerung die Gesamtaktivität des Gehirns aufzuzeichnen. Moderne Magnetoenzephalographen enthalten bis zu 300 Sensoren.

Sie verfügen über ein helmartiges Aussehen und werden zur Messung auf den Kopf gesetzt. Bei den Magnetoenzephalographen wird zwischen Magnetometern und Gradiometern unterschieden. Während Magnetometer eine Aufnahmespule besitzen, enthalten Gradiometer zwei Aufnahmespulen im Abstand von 1,5 bis 8 cm. Die zwei Spulen bewirken wie die Abschirmkammer, dass Magnetfelder mit geringer Ortsabhängigkeit bereits vor der Messung unterdrückt werden.

Es gibt bereits Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Sensoren. So wurden Minisensoren entwickelt, die auch bei Raumtemperatur arbeiten und Magnetfeldstärken bis hinunter zu wenigen Femtotesla messen können. Wichtige Vorteile der Magnetoenzephalografie sind ihre hohe zeitliche und räumliche Auflösung. So ist die Zeitauflösung besser als eine Millisekunde. Weitere Vorteile der Magnetoenzephalographie gegenüber dem EEG (Elektroenzephalografie) sind ihre leichte Anwendbarkeit und die numerisch einfachere Modellierung.

Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren

Neben einigen Vorteilen gegenüber dem EEG (Elektroenzephalografie) und anderen Verfahren zur Untersuchung der Hirnfunktion besitzt es jedoch auch Nachteile. Als Vorteil erweist sich eindeutig die hohe Zeit- und Raumauflösung. Außerdem ist es ein nicht-invasives neurologisches Untersuchungsverfahren. Der größte Nachteil ist jedoch die Nichteindeutigkeit des Inversen Problems. Beim Inversen Problem ist zwar das Ergebnis bekannt. Allerdings ist die Ursache, die zu diesem Ergebnis geführt hat, weitgehend unbekannt.

Hinsichtlich der Magnetoenzephalographie bedeutet diese Tatsache, dass die gemessene Aktivität von Hirnarealen nicht eindeutig einer Funktion oder Störung zugeordnet werden kann. Nur wenn das vorher ausgearbeitete Modell zutrifft, ist auch eine erfolgreiche Zuordnung möglich. Eine korrekte Modellierung der einzelnen Gehirnfunktionen kann aber nur durch die Kopplung der Magnetoenzephalographie mit den anderen funktionellen Untersuchungsmethoden erreicht werden.

Bei diesen funktionellen Methoden handelt es sich um die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder die Einzelphotonen-Emissionscomputertomografie (SPECT). Das sind bildgebende oder spektroskopische Verfahren. Die Kombination ihrer Ergebnisse führt zum Verständnis der in den einzelnen Hirnarealen ablaufenden Vorgänge. Ein weiterer Nachteil der MEG ist der hohe Kostenfaktor des Verfahrens. Diese Kosten ergeben sich durch den bei der Magnetoenzephalographie notwendigen Einsatz großer Mengen flüssigen Heliums zur Aufrechterhaltung der Supraleitfähigkeit.

Ablauf der Untersuchung

Die Magnetoenzephalographie findet in einer eigens abgeschirmten Kammer statt, die von außen eher an einen Tresorraum als an ein Untersuchungszimmer erinnert. Vor dem Betreten wird alles abgelegt, was magnetisch stören könnte: Schmuck, Uhr, Brille mit Metallgestell, Gürtel, Haarklammern, Münzen, Schlüssel, Hörgeräte und Kleidungsstücke mit Metallverschlüssen. Auch Kosmetika können Eisenoxidpigmente enthalten. In vielen Einrichtungen wird deshalb Untersuchungskleidung gestellt.

Wer feste Zahnspangen, Zahnimplantate, Gefäßclips, Metallsplitter oder elektronisch aktive Implantate im Körper trägt, teilt das vorher mit. Anders als bei der Magnetresonanztomographie erzeugt der Magnetoenzephalograph selbst kein starkes Magnetfeld – das Gerät misst ausschließlich, es sendet nichts aus. Metall im oder am Körper ist hier deshalb in erster Linie ein Messproblem: Es verzerrt die winzigen Felder, die aufgezeichnet werden sollen, und kann eine Ableitung unbrauchbar machen. Ob eine Aufzeichnung dennoch sinnvoll ist, entscheidet das Untersuchungsteam im Einzelfall.

Für die Messung wird der helmförmige Sensorkopf über den Kopf gestülpt, wobei die untersuchte Person entweder sitzt oder liegt. Der Helm berührt den Kopf nicht und drückt nicht; es werden keine Elektroden geklebt und die Haut wird nicht vorbereitet, wie es bei der Elektroenzephalografie nötig ist. Damit die gemessenen Felder später einer anatomischen Stelle zugeordnet werden können, werden vor Beginn kleine Markierungsspulen an festen Punkten des Kopfes angebracht, etwa an der Nasenwurzel und vor den Ohren. Ihre Position wird eingemessen, sodass sich die Lage des Kopfes im Helm rechnerisch bestimmen lässt.

Während der Aufzeichnung wird darum gebeten, möglichst ruhig zu bleiben und den Kopf nicht zu bewegen, da bereits geringe Verschiebungen die Zuordnung verfälschen. Je nach Fragestellung wird entweder die Aktivität im Ruhezustand aufgezeichnet, oder es werden gezielt Reize angeboten: Töne über einen Schlauchkopfhörer, Lichtmuster auf einem Bildschirm, leichte elektrische Reizung eines Nervs am Handgelenk oder einfache Aufgaben wie Fingerbewegungen, Lesen oder Sprechen. Aus der Antwort des Gehirns auf einen genau bekannten Reiz lässt sich das zuständige Rindenfeld eingrenzen.

Die Untersuchung ist schmerzfrei, erfordert keine Betäubung und arbeitet ohne Strahlung und ohne Kontrastmittel. Sie wird deshalb auch von Menschen gut vertragen, denen die enge Röhre eines Kernspintomographen Schwierigkeiten bereitet: Der MEG-Helm umschließt nur den Kopf, der übrige Körper bleibt frei, und die lauten Klopfgeräusche des Kernspintomographen entfallen. Eine Sitzung dauert je nach Fragestellung meist etwa eine Stunde; Ableitungen, die auf das Auftreten seltener Krankheitszeichen warten, können erheblich länger dauern.

Im Anschluss wird die Messung fast immer mit einem anatomischen Bild zusammengeführt. Da die Magnetoenzephalographie selbst keine Anatomie abbildet, sondern nur den Ort einer Aktivität berechnet, wird das Ergebnis auf ein zuvor angefertigtes Kernspintomogramm desselben Menschen gelegt. Erst diese Überlagerung ergibt eine Karte, mit der eine Neurochirurgin oder ein Neurochirurg tatsächlich planen kann.

Anwendung bei Epilepsie und in der Operationsplanung

Der klinische Schwerpunkt der Magnetoenzephalographie liegt bei der Epilepsie. Wenn Anfälle sich mit Medikamenten nicht ausreichend beherrschen lassen, kommt eine Operation in Betracht, bei der der anfallsauslösende Bezirk entfernt wird. Voraussetzung dafür ist, dass sich dieser Bezirk zuverlässig eingrenzen lässt. Die Magnetoenzephalographie zeichnet zwischen den Anfällen auftretende krankhafte Entladungen auf und berechnet, von welcher Stelle sie ausgehen. Sie ersetzt die übrigen Untersuchungen dabei nicht, sondern wird als ein Baustein neben Langzeit-Elektroenzephalographie, Kernspintomographie und weiteren Verfahren gewertet; erst wenn mehrere Verfahren auf dieselbe Region zeigen, gilt der Befund als tragfähig.

Der zweite klinische Einsatzbereich ist die Planung von Eingriffen am Gehirn, etwa bei einem Hirntumor. Hier geht es um die umgekehrte Frage: nicht, welches Gewebe entfernt werden soll, sondern welches unbedingt erhalten bleiben muss. Rindenfelder, die für Bewegung, Berührungsempfinden, Hören oder Sprache zuständig sind, liegen nicht bei allen Menschen an genau derselben Stelle, und eine Raumforderung kann sie zusätzlich verlagern. Indem gezielte Reize angeboten und die zugehörigen Antworten lokalisiert werden, entsteht eine individuelle Karte dieser Felder. Sie fließt in die Entscheidung ein, wie weit ein Eingriff gehen kann und über welchen Weg er erfolgt.

Darüber hinaus wird das Verfahren in der Grundlagenforschung eingesetzt, weil es Vorgänge im Gehirn zeitlich sehr fein auflöst und damit die Reihenfolge beantworten kann, in der verschiedene Areale an einem Vorgang beteiligt sind – eine Frage, die Verfahren mit langsamerer zeitlicher Auflösung nicht beantworten können.

Was die Messung zeigt und was nicht

Die Magnetoenzephalographie erfasst nicht jede Nervenzellaktivität gleich gut. Entscheidend ist die Richtung, in der die Ströme fließen. Verläuft ein Strom parallel zur Schädeloberfläche, tritt sein Magnetfeld nach außen und ist messbar. Steht er senkrecht dazu, bleibt das zugehörige Feld weitgehend im Kopf und erreicht die Sensoren kaum. Da die Hirnrinde stark gefaltet ist, bedeutet das in der Praxis: Aktivität in den Wänden der Furchen wird gut erfasst, Aktivität auf den Kuppen der Windungen deutlich schlechter. Die Magnetoenzephalographie sieht also einen bestimmten Ausschnitt der Hirnaktivität besonders klar und einen anderen nur eingeschränkt.

Hinzu kommt die Abhängigkeit von der Tiefe. Weil die Signalstärke mit der Entfernung rasch abnimmt, werden oberflächennahe Quellen zuverlässig erfasst, während tief gelegene Strukturen schwer zugänglich bleiben. Beides ist kein Fehler des Geräts, sondern eine Eigenschaft der zugrunde liegenden Physik, und beides ist der Grund dafür, dass die Magnetoenzephalographie und die Elektroenzephalographie einander ergänzen statt sich zu ersetzen: Die Elektroenzephalographie erfasst gerade auch die senkrecht ausgerichteten Quellen, die der Magnetoenzephalographie entgehen. In der Epilepsiediagnostik werden beide Verfahren deshalb häufig gleichzeitig abgeleitet.

Der Vorteil, den die Magnetoenzephalographie gegenüber der Elektroenzephalographie hat, liegt im Weg des Signals nach außen. Elektrische Potenziale müssen den Schädelknochen durchqueren, der Strom schlecht leitet und die Verteilung an der Kopfhaut verschmiert. Magnetfelder werden von Knochen, Hirnhäuten und Kopfhaut dagegen kaum verändert. Der Ort einer Quelle lässt sich deshalb mit einfacheren Annahmen berechnen – was die im Text weiter oben genannte einfachere Modellierung erklärt.

Aufwand, Verbreitung und Kosten

Die Magnetoenzephalographie ist eines der aufwendigsten Verfahren der neurologischen Funktionsdiagnostik. Neben dem Gerät selbst schlagen die abgeschirmte Kammer, der bauliche Aufwand und der laufende Betrieb zu Buche. Die supraleitenden Sensoren müssen ununterbrochen gekühlt werden, und zwar auch dann, wenn gar nicht gemessen wird – ein Abschalten über Nacht ist nicht vorgesehen. Neuere Anlagen verfügen über Rückverflüssiger, die das verdampfte Helium auffangen und erneut verflüssigen, was den Nachschubbedarf verringert.

Aus diesem Aufwand folgt die geringe Verbreitung: Magnetoenzephalographen stehen fast ausschließlich an Universitätskliniken und Forschungseinrichtungen, häufig an solche mit einem Schwerpunkt in der Epilepsiechirurgie. Für Betroffene bedeutet das in der Regel eine Überweisung an ein spezialisiertes Zentrum und gegebenenfalls eine längere Anreise. Die Kostenübernahme durch die Krankenkassen ist an eine klare medizinische Fragestellung gebunden; Messungen, die einem Forschungsvorhaben dienen, werden über dieses Vorhaben und nicht über die Krankenversicherung abgerechnet.

Geschichte & Entwicklung

Dass die elektrische Aktivität des Gehirns auch ein Magnetfeld erzeugen muss, ergibt sich unmittelbar aus der Physik. Der Nachweis scheiterte lange an der Winzigkeit dieser Felder. Die erste Aufzeichnung eines Magnetenzephalogramms gelang David Cohen im Jahr 1968, und zwar noch ohne die später üblichen supraleitenden Sensoren: Als Aufnehmer diente eine Induktionsspule aus Kupfer, und die Messung wurde in einem magnetisch abgeschirmten Raum durchgeführt. Das Ergebnis war verrauscht, zeigte aber, dass die Aufgabe grundsätzlich lösbar war.

Den Durchbruch brachte Anfang der 1970er Jahre der Einsatz eines der ersten SQUID-Sensoren, die James E. Zimmerman entwickelt hatte. Mit ihm wiederholte Cohen die Messung, und die Signale erreichten nun eine Deutlichkeit, die mit der eines Elektroenzephalogramms vergleichbar war. Damit war das Verfahren als Methode etabliert.

Die weitere Entwicklung verlief über die Zahl der Sensoren. Frühe Anlagen maßen an einer einzigen Stelle und mussten für eine Kartierung mehrfach umgesetzt werden, was viele Wiederholungen desselben Reizes erforderte. Erst Systeme, die den gesamten Kopf gleichzeitig erfassen, machten es möglich, ein einzelnes Ereignis vollständig aufzuzeichnen – die Voraussetzung dafür, unregelmäßig auftretende Vorgänge wie epilepsietypische Entladungen überhaupt zu erwischen.

Als jüngere Entwicklungslinie werden Sensoren erprobt, die ohne die aufwendige Kühlung mit flüssigem Helium auskommen. Da sie keinen Abstand für eine Kälteisolierung benötigen, lassen sie sich dichter an der Kopfhaut anbringen, was das Signal begünstigt, und sie können an die Kopfform angepasst werden – ein Ansatz, der auch für Kinder von Interesse ist, deren Kopf in einem für Erwachsene gebauten Helm ungünstig weit von den Sensoren entfernt liegt. Diese Technik befindet sich noch in der Erprobung und hat die etablierten Anlagen in der Krankenversorgung bislang nicht abgelöst.

Quellen

• Zschocke, S., Hansen, H.-C.: Klinische Elektroenzephalographie.
  ISBN: 9783662632666

• Berlit, P. (Hrsg.): Klinische Neurologie.
  ISBN: 9783662606742

• Masuhr, K. F., Masuhr, F., Neumann, M.: Duale Reihe Neurologie.
  ISBN: 9783132410961

• Karnath, H.-O., Goldenberg, G., Ziegler, W. (Hrsg.): Klinische Neuropsychologie - Kognitive Neurologie.
  ISBN: 9783132447073

• Moskopp, D., Wassmann, H. D. (Hrsg.): Neurochirurgie.
  ISBN: 9783132435797

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