Barrieren für eine Revolution im Bereich der Hirnscans durchbrechen
Erkrankungen des Gehirns verursachen viel Leid und stellen eine große wirtschaftliche Belastung für die Gesellschaft dar. Die jährlichen Kosten belaufen sich allein in Europa auf etwa 800 Mrd. EUR. Ein europäisches Team hat es sich nun zum Ziel gesetzt, Europa an die Spitze einer Revolution beim Scannen und Messen des menschlichen Nervensystems zu befördern. Damit soll die Genauigkeit der aktuell genutzten Verfahren verbessert werden, die die elektrische Aktivität des Gehirns charakterisieren. Im Rahmen des BREAKBEN-Projekts wurden hochempfindliche Magnetometer entwickelt, also Geräte, mit denen sehr kleine Magnetfelder erkannt und gemessen werden. Mit dem innovativen Array sollen hochwertige Signale für zwei grundlegende Verfahren zum Scannen des menschlichen Gehirns erfasst und kombiniert werden: MEG (Magnetoenzephalographie) und UNF-MRT (Ultra-Niedrigfeld-Magnetresonanztomographie). Eine MEG misst ultraschwache Magnetfelder, die vom Gehirn erzeugt werden und ist damit eine nicht-invasive Methode, mit der medizinische Fachkräfte über neuronale Funktionen informiert werden. Ein MRT bildet das gewebeabhängige Verhalten von rotierenden Atomkernen in Wassermolekülen ab und erstellt somit Strukturbilder des Gehirns. Das UNF-MRT wurde 2004 vom Team um Professor John Clarke von der University of California, Berkeley zum ersten Mal demonstriert. Dabei wurde nur ein Sensor verwendet, der als SQUID bekannt ist. BREAKBEN hat die Idee weiterentwickelt. „Wir haben die ersten großen SQUID-Sensorarrays entwickelt, die sowohl MEG- als auch UNF-MRT-Signale mit denselben Sensoren messen“, erklärt der Projektkoordinator, Professor Risto Ilmoniemi, Leiter der Fakultät für Neurowissenschaften und biomedizinische Technik an der Wissenschaftlichen Fakultät der Universität Aalto. Alte Barrieren durchbrechen Der deutsche Physiker Hermann von Helmholtz zeigte in den 1850er-Jahren, dass es unmöglich ist, die Verteilung der elektrischen Strömungen (in diesem Fall neuronale Ströme) in einem Leiter (in diesem Fall der Kopf) einheitlich zu bestimmen – selbst wenn die elektrischen und magnetischen Felder außerhalb des Leiters bekannt sind. Daraus ergab sich für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Zukunft, die neuronale Ströme im Gehirn mithilfe von MEG messen, ein großes Problem. Diese Einschränkung ist als „Uneindeutigkeitsbarriere“ bekannt. „Wir können uns bei der Frage, welche Teile des Gehirns bei einem Probanden oder Patienten aktiv sind, niemals allein auf das MEG verlassen“, erklärt Ilmoniemi. Die Innovation von BREAKBEN besteht in der Kombination dieser zwei Scan-Verfahren, um dieses Problem zu umgehen. Dadurch wird die Barriere durchbrochen. Mit einem gleichzeitigen UNF-MRT kann man Genaueres zur Position im Kopf und der kortikalen Form erfahren. Dadurch erhält man von vornherein Informationen, zum Beispiel, dass sich die Quellströmung nur in der Hirnrinde befindet. Diese Informationen lassen sich dann verlässlich in die Datenanalyse einbeziehen. Dadurch wird das Scan-Verfahren bei Weitem zuverlässiger. Zukünftige Anwendungsgebiete Durch den im Rahmen von BREAKBEN erzielten Durchbruch eröffnen sich bei der Hirnbildgebung völlig neue Arbeitsprozesse. „Wir glauben, dass wir beim UNF-MRT, seinen Anwendungsbereichen und den Kombinationen in Bezug auf die Qualität vor einem technologischen Sprung stehen“, sagt Ilmoniemi. „Dadurch wird sich die Art und Weise, wie wir magnetgestützte Messungen des Nervensystems vornehmen, revolutionär verändern.“ Das Verfahren könnte einen positiven Beitrag zur Abbildung von epileptischen Hirnaktivitäten leisten, während das UNF-MRT sogar bei der Krebsdiagnostik helfen könnte. Durch das MEG-MRT wird die Hirnbildgebung außerdem bei neuen Patientengruppen möglich sein, zum Beispiel bei Patientinnen und Patienten, die Metallimplantate in sich tragen. Verbesserte Arbeitsabläufe und genauere Diagnosen werden Krankenhausaufenthalte vermutlich verkürzen und die Behandlung optimieren, wodurch außerdem Kosten eingespart werden. Das BREAKBEN-Team an der Universität Aalto hat von der EU über die Initiative Innovation Launchpad eine Finanzierung erhalten, um an der Kommerzialisierung des Verfahrens zu arbeiten. „Wir bewerben uns um weitere finanzielle Unterstützung von Business Finland, damit wir den Prototypen entwickeln und seine Vorteile in Patientenstudien demonstrieren können“, so Ilmoniemi abschließend.
Schlüsselbegriffe
BREAKBEN, Hirnscan, UNF-MRT, MEG, Revolution, Gehirn, Erkrankungen
