Magnetoenzephalographie

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

Letzte Aktualisierung am: 21. März 2024

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, den 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 monatlich ein Einsatz von ca. 400 Litern flüssigem Helium für ihren Betrieb nötig sind. 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 ist bereits 100 Millionen Mal 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 Magnetfeldern. 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 Magnetenzephalographen 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 zu einem Picotesla 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 der EEG (Elektroenzephalografie) sind ihre leichte Anwendbarkeit und die numerisch einfachere Modellierung.

Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren

Neben einigen Vorteilen gegenüber der 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 metabolisch 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.

Quellen

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