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Mit sieben Tesla ins Hirn sehen

Von Wolfgang Kappler

Wissen

Mit einem 140.000 Mal stärkeren Magnetfeld als jenem der Erde wollen Magdeburger Neuro-Wissenschaftler die Geheimnisse menschlicher Denk- und Lernprozesse ergründen. Aufgebaut wird das Magnetfeld durch den ersten europäischen Hochleistungs-Kernspintomographen mit einer Feldstärke von sieben Tesla, der noch im Jahr 2004 am Leibniz-Institut für Neurobiologie in Betrieb gehen wird. Mit der 10 Millionen | Euro teuren Anlage sollen auch neue Erkenntnisse zu Erkrankungen wie Alzheimer, Epilepsie, Schizophrenie, Depression und Schlaganfall sowie deren Behandlung gewonnen werden.


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Sogenannte Kernspintomographen gehören an den neurologischen Kliniken zum Standard, um Krankheitsprozesse in den Tiefen des zarten Hirngewebes auf schonende Weise sichtbar zu machen. Vereinfacht gesprochen, nutzen diese Geräte bei der bildlichen Darstellung die in den Schwingungen von Atomkernen versteckten Informationen. Dabei gilt: Je stärker das eingesetzte Magnetfeld, umso besser ist die Bildauflösung und umso feinere Strukturen können dargestellt werden.

Dank dieser Technik gelingt es in der Forschung immer besser, Gehirnaktivitäten optisch darzustellen und dem Gehirn quasi beim Denken zuzuschauen. Die Wissenschaftler bedienen sich dabei eines wesentlichen Tricks: Sie benutzen den Farbstoff der roten Blutkörperchen, das Hämoglobin, als natürliches Kontrastmittel. Wenn Hirnzellen arbeiten, entziehen sie dem Hämoglobin in den umliegenden feinen Blutgefäßen den Sauerstoff. Dadurch ändern sich die magnetischen Eigenschaften des Blutfarbstoffes. Und diese Änderungen können mit Kernspintomographen sichtbar gemacht werden.

Genaueste Abbildungen

Die derzeitigen Geräte mit bis zu drei Tesla können die ablaufenden Prozesse aber noch nicht optimal darstellen. Deshalb können die damit gewonnenen Befunde auch nicht so ohne weiteres mit Ergebnissen aus Tierversuchen in Einklang gebracht werden, aus denen 80 Prozent des Wissens über Hirnmechanismen resultieren. Um diese mit den realen Gegebenheiten des menschlichen Gehirns vergleichbar zu machen, muss man noch detaillierter in den Denkapparat hineinblicken können.

Ethische Gründe verbieten dabei eingreifende Versuche am lebenden Menschen. Während man im Tierexperiment am offenen Gehirn Prozesse in Bereichen weit unter einem Millimeter studieren kann, ist mit Hilfe von nichtinvasiven Spezialgeräten bei einem Kubikmillimeter Schluss. Doch erst ab dort wird es richtig spannend, da bereits wenige Zellen genügen, um ein neuronales Netzwerk aufzubauen, die Grundeinheit intelligenter Prozesse.

Insofern ist Prof. Henning Scheich in einer glücklichen Lage. Am Magdeburger Leibniz-Institut für Neurobiologie (IfN), dessen Leiter er ist, wird derzeit Europas erster Magnetresonanz-Tomograph mit einer Feldstärke von sieben Tesla gebaut. Die etwa zehn Millionen Euro teure Anlage wird Abbildungen des menschlichen Gehirns mit bislang nicht erreichter Genauigkeit ermöglichen. Scheich: "Damit gehören wir zu den Ersten, die in der Hirnforschung absolutes Neuland betreten werden."

Kognitive Fragen

Zwei wesentliche Ziele verfolgen die Wissenschaftler. Zum einen soll das Gerät Antworten auf kognitive Fragestellungen liefern, also darüber, wie das Gehirn denkt und lernt. Wesentlich dabei ist seine Fähigkeit, beobachtbare Dinge nach ihren Unterschieden zu ordnen und zu klassifizieren, die daraus abgeleiteten Erkenntnisse in Verhaltenskonzepte umzusetzen und für künftige Vergleiche verfügbar zu halten. Letztlich geht es darum, die Erscheinungsformen der Welt und ihre Dynamik in den Griff zu bekommen und Sinn hinein zu bringen. "Wir sind sicher, dass uns die neue Technik dabei hilft, die von unserem Gehirn erbrachten Leistungen genauer zu entschlüsseln", sagt Scheich und meint damit auch Prozesse, die der Sprache, dem Gedächtnis und dem Emotionalen zugrunde liegen.

Therapiechancen

Zum zweiten wollen die Magdeburger Forscher neue Möglichkeiten für die Behandlung neurologischer und psychischer Erkrankungen eröffnen. Dazu wird der Tomograph für die Spektroskopie chemischer Prozesse im Gehirn genutzt. Das berührungslose Verfahren soll dabei nicht nur Krankheitsherde besser beobachtbar machen, es soll auch zeigen, ob und wie bestimmte Substanzen in den Hirnstoffwechsel eingreifen. Denn bislang weiß man zwar, dass einige Medikamente z.B. bei Multipler Sklerose oder bei psychischen Störungen wie Schizophrenie oder Depression helfen, unklar ist jedoch, wieso sie das können. Deshalb könnte der Magdeburger Super-Tomograph - weltweit ist es erst das dritte Gerät - Ansätze für wirksamere Medikamente liefern.

Die Leibniz-Forscher am IFN kooperieren dabei eng mit der neurologischen Universitätsklinik. Zusammen bilden die beiden Einrichtungen eines von fünf vom Bund in Deutschland besonders geförderten Hirnforschungszentren.