Methoden

Die Magnetresonanztomographie (MRT) auch Kernspintomographie genannt, ist eine ausserordentlich vielseitige Bildgebungsmethode. Sie erlaubt uns Bilder vom Gehirn zu machen. Dabei nutzt sie die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von Teilchen in verschiedenen Geweben des Gehirns. Es können zum Beispiel die verschiedenen Gewebe im Hirn dargestellt werden, umso die Hirnanatomie zu untersuchen. Aber auch Blutgefässe, Metaboliten und Faserbündel können mit speziellen Varianten der MRT untersucht werden.

Mit der funktionellen MRT (fMRT) kann man die Hirnfunktion erforschen. Dabei lösen die Teilnehmer*innen bestimmte Aufgaben, während das MRT Gerät in schneller Folge Hirnbilder aufnimmt. Durch aufwendige Rechenoperationen können wir aus den aufgenommenen Bildern berechnen, welche Hirnregionen bei einer bestimmten Aufgabe (z.B. beim Lesen) aktiv sind und wie diese in Netzwerken zusammenarbeiten (Konnektivität).

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) liefert Einblicke in Hirnverarbeitungsprozesse, die allein durch Verhaltensuntersuchungen nicht erfasst werden können. Durch den Vergleich zwischen Patient*innen und gesunden Proband*innen identifizieren wir beeinträchtigte Hirnnetzwerke. Der Vergleich zwischen Kindern und Erwachsenen ermöglicht es uns, die Entwicklung und Reifung des Gehirns zu untersuchen. Ein Hauptziel unserer Forschung ist es, das Gehirn besser zu verstehen und Faktoren zu identifizieren, die die Diagnostik und Vorhersage verbessern sowie zur Entwicklung neuer, gezielter Interventionen beitragen können.

MRT wird routinemässig für Untersuchungen in der Klinik mit Patient*innen wie auch in der Forschung vom jungen Kind bis zum betagten Menschen benutzt und ist ungefährlich. Weil das MRT Gerät laut ist, erhalten alle Teilnehmenden einen Gehörschutz. Im Gegensatz zur Computertomographie braucht das MRT zur Bilderzeugung keine Röntgenstrahlen.

EEG ist eine neurophysiologische Methode die einen detaillierten Einblick in die zeitliche Informationsverarbeitung im Hirn ermöglicht. Sensoren (Elektroden) auf der Kopfoberfläche messen kleinste elektrische Spannungen die durch die Aktivität unserer Nervenzellen im Hirn entstehen. Dabei messen wir nicht die Aktivität einzelner Zellen sondern die summierte Aktivität von sehr vielen Zellen im Hirn. Die Daten lassen sich in Form von Kurven (Zeitverlauf) oder „Karten“ darstellen.

Das Spontan-EEG setzt sich aus Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen zusammen. In bestimmten Bewusstseinszuständen herrschen bestimmte Frequenzbänder vor. Alpha-Wellen (8-12Hz) dominieren z.B. im entspannten Zustand mit geschlossenen Augen. Die Frequenzbandzusammensetzung verändert sich aber auch mit der Entwicklung und ist bei bestimmten Krankheiten verändert.

Ereigniskorrelierte Potentiale (EKP) treten mit einem konstanten, zeitlichen Bezug zu einem Ereignis (z.B. Bild, Ton, etc.) auf. Sie sind in der Regel sehr schwach und werden vom grösseren Spontan-EEG überlagert. Durch eine grosse Anzahl Wiederholungen desselben Reizes und anschliessende Mittelung werden EKPs aber sichtbar: Die zufällige (d.h. nicht ereignisbezogene) Aktivität mittelt sich heraus und nur die ereigniskorrelierte Aktivität bleibt und wird als EKP sichtbar.

EKPs zeigen charakteristische Latenzen, und Potentialverteilungen. Der Vergleich von EKPs zwischen Kindern und Erwachsenen oder zwischen Patient*innen und Gesunden kann uns Hinweise darüber geben, welche Prozesse noch nicht ausgereift sind, bzw. welche Prozesse bei Patient*innen beeinträchtigt sind

Die Elektroenzephalographie ist ungefährlich und nicht-invasiv. Daher wird sie sowohl in der klinischen Routinediagnostik (z.B. bei Epilepsie) als auch in der Forschung vom Säugling bis zum Erwachsenen angewendet.

Bei der Forschung zum Lesen und der Lese-Rechtschreibstörung (LRS) kann man sich mittels EEG die hochspezialisierte Verarbeitung von Schrift im Hirn anschauen. Das EEG zeigt, dass Schrift im Hirn anders verarbeitet wird als „sinnlose“ Symbolzeichen obwohl Wörter und Symbolreihen sehr ähnlich aussehen. Dieser Unterschied wird im EKP bereits 150-200ms nachdem ein Wort präsentiert wird sichtbar: Das EKP „N1“ zeigt eine Potentialverteilung mit starker Negativität über dem linken Hinterkopf bei Wörtern. Diese Negativität ist viel weniger ausgeprägt bei Symbolreihen. Übrigens hat man auch zwischen Kindern mit Leseschwäche und Kindern ohne Leseschwäche einen Unterschied in diesem EKP gefunden. Dies zeigt, dass Schrift bei Kindern, die Probleme mit dem Lesen haben anders, vermutlich weniger effizient verarbeitet wird. Warum dies aber so ist, wissen wir noch nicht!

Neue Technologien machen die simultane EEG-fMRT (EEG Messung im MRT Tomographen) Bildgebung möglich. Bei der kombinierten EEG-fMRT Bildgebung liegen die Proband*innen mit einer EEG-Kappe im MRT Gerät. Die Hirnströme (EEG) und die Hirnbilder werden gleichzeitig aufgenommen. Auf diese Weise werden die Vorteile der beiden Methoden in derselben Sitzung kombiniert. Das fMRT erlaubt uns Aussagen darüber zu machen, welche Hirnregionen bei einer bestimmten Aufgabe aktiv sind (wo?) während uns die ereigniskorrelierten Potentiale des EEG Informationen über den zeitlichen Verlauf (wann?) der Informationsverarbeitung liefern.