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Medizin

Ultraschall verändert Hirnaktivität

Montag, 13. Januar 2014

Roanoke – Ein fokussierter Ultraschall kann die Schädeldecke durchdringen und die Aktivität der darunter liegenden Hirnrinde verändern. Eine Forschergruppe konnte in Nature Neuroscience (2014; doi: 10.1038/nn.3620) mittels transkraniell fokussiertem Ultraschall EEG-Signale im Cortex induzieren, was die Berührungsempfindlichkeit der Probanden veränderte.

Wale, Fledermäuse und die Gottesanbeterin können Ultraschallwellen wahrnehmen. Das menschliche Ohr dagegen ist taub für Frequenzen oberhalb von 20 Kilohertz. Die Fre­quenzen, die William Tyler vom Carilion Research Institute an der Virginia Tech in Roanoke benutzt, liegen bei 500 Kilohertz, und sie waren nicht auf das Gehörorgan gerichtet.

Das Ziel war die Oberfläche des Großhirns, genauer die Hirnwindung direkt hinter der Zentralfurche. Dort befindet sich der somatosensorische Cortex, der die taktilen Signale verarbeitet, die über die sensiblen Nerven ans Gehirn übermittelt werden. Tyler verwendete eine Ultraschallsonde, die die Ultraschallwellen auf eine etwa 4,9 mal 18 Millimeter kleine Stelle fokussieren kann. Das Verfahren bezeichnet er als transkraniell fokussierter Ultraschall (tFUS).

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Der somatosensorische Cortex hat bekanntlich eine funktionelle Aufteilung. Sie wird oft dargestellt als Homunculus mit einer Übergröße von Händen, Gesicht und Zunge. Die Forscher richteten den Ultraschall auf eine Stelle des Homunculus, an dem Signale vom Nervus medianus eintreffen, der Teile der Handinnenfläche und der Finger innerviert.

Zunächst zeigen die Forscher, dass der tFUS die Signale von somatosensorischen evozierten Potenzialen (sEP) beeinflusst. Die sEP sind Veränderungen im EEG, welche durch die bewusste Reizung eines peripheren Nervs (oder auch eines Sinnesorgans) ausgelöst werden. Die Versuche belegen, dass die tFUS eine Wirkung auf das Gehirn haben.

Im nächsten Versuch haben die Forscher untersucht, welche Auswirkungen diese Manipulationen auf die Funktion der Nerven haben. Sie bedienten sich dazu zweier klassischer neurologischer Tests: Die Zwei-Punkt-Diskrimination misst den geringsten Abstand auf der Haut, den der Proband bei gleichzeitiger Berührung noch räumlich voneinander wahrnehmen kann.

Bei der Frequenz-Diskrimination geht es darum, die Häufigkeit von Reizen am gleichen Ort unterscheiden zu können. In beiden Tests verbesserte, wie Tyler berichtet, die tFUS die Ergebnisse. Die Probanden konnten näher beieinander liegende simultane Hautreize und Reize in schnellerer Reihenfolge unterscheiden, als in einer Vergleichsgruppe, in der das Ultraschallgerät ausgestellt war.

Damit ist der Ultraschall nach der transkraniellen Magnetstimulation und der transkrani­ellen Gleichstromstimulation das dritte Verfahren, mit dem auf nicht-invasive Weise die Hirnaktivität verändert werden kann. Der Vorteil des tFUS könnte laut Tyler darin beste­hen, dass die räumliche Auflösung deutlich höher ist. Die Forscher können gezielt Regionen von der Größe einer M&M-Schokolinse bestrahlen und die Wirkung auf diesen Punkt beschränken. Bereits die tFUS-Stimulation einer wenige Zentimeter entfernt liegenden Region hatte keine Auswirkungen mehr auf die evozierten Potenziale, berichten die Forscher.

Wie die Wirkung zustande kommt, ist unklar. Tyler vermutet, dass die Ultraschallimpulse die Balance zwischen inhibitorischen und exzitatorischen Signalen verändert. Gefahren gehen seiner Ansicht nach von der Untersuchung nicht aus, da die Energie mit 23,87 W/cm2 weit unter dem Limit von 190 W/cm2 lägen, das in der diagnostischen Anwendung zulässig ist. Der Experte rechnet zunächst mit einer Anwendung im diagnostischen Bereich. Der tFUS könnte zur Hirnkartierung genutzt werden, um bestimmte Hirnfunk­tionen zu lokalisieren. © rme/aerzteblatt.de

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