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Humanbildgebung

Die neurowissenschaftliche Forschung an Menschen ist aus ethischen Gründen im Wesentlichen auf nicht-invasive Methoden beschränkt. Durch stetige Innovationen in der Bildgebungstechnologie und in der Bildanalyse werden jedoch immer detailliertere Einblicke in das menschliche Gehirn möglich.

Hauptziel technologischer Entwicklungen ist es, immer höhere räumliche und zeitliche Auflösungen zu erzielen und durch die gleichzeitige Kombination von fMRT mit EEG sowie Systemen zur Aufzeichnung von Psychophysiologie und Verhalten möglichst umfangreiche Erkenntnisse über die neuronalen Prozesse im Gehirn zu gewinnen. Die Core Facility Combinatorial NeuroImaging bietet Anwendern offenen Zugang zu folgenden Laboren:

7 Tesla Kernspintomograph

Das Leibniz-Institut für Neurobiologie betreibt Europas ersten 7 Tesla Kernspintomographen (MRT) für Untersuchungen am Menschen. Das System wurde 2004 in einem eigens dafür errichteten Gebäude in direkter Nachbarschaft zum Hauptgebäude installiert.

Das stärkere Magnetfeld führt im Vergleich zu 3 Tesla MRT zu einem gut doppelt so starken Signal (bzw. Signal-Rausch-Verhältnis). Dieses erhöhte Signal kann genutzt werden, um die räumliche Auflösung um den gleichen Faktor zu erhöhen. Damit können kleinere Strukturen des Gehirns sowohl anatomisch als auch funktionell untersucht werden. Das stärkere Signal kann aber auch verwendet werden, um die notwendige Messzeit einer Untersuchung zu verkürzen, was insbesondere für Lernstudien von Vorteil ist. 

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3 Tesla Kernspintomograph

Das aus Mitteln des Landes Sachsen-Anhalt sowie dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanzierte Philips 3T Achieva dStream wurde im November 2013 in Betrieb genommen. Im Gegensatz zum 7 T-Scanner, mit dem vor allem einzelne Hirnregionen sehr genau sichtbar gemacht werden können, eignet sich der 3 T-Scanner insbesondere für Ganzkopf-fMRT (3 mm Iso, künftig auch ≤2 mm mit Multiband-EPI) sowie anatomische Aufnahmen. Am 3T-Scanner stehen zahlreiche Zusatzsysteme zur synchronen Erfassung von Atmung, Puls, Hautleitfähigkeit, Mimik, Pupillengröße, Eye-Tracking und Tastendruckdynamik sowie ein 64-Kanal-EEG mit Carbon-Wire-Loop-Technologie zur Verfügung.

Elektroenzephalographie

Mittels Elektroenzephalographie (EEG) lässt sich die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn anhand der von ihnen erzeugten Ströme elektrisch geladener Teilchen (u.a. Natrium und Kalium) mit einer sehr hohen zeitlichen Auflösung von ca. einer Millisekunde erfassen. Dabei wird die durch den Stromfluss erzeugte Verteilung des elektrischen Potentials auf der Kopfoberfläche mittels spezieller Elektroden gemessen. In unserem Labor stehen hierfür mehrere EEG-Systeme, darunter ein aktives 128-Kanal-System, zur Verfügung.

Darüber hinaus können EEG-Messungen auch mit multiplen peripheren physiologischen Mess- und Stimulationsmethoden kombiniert werden. Multikanal-Elektromyographie, d.h. die Messung von elektrischer Muskel-Aktivität, Hautwiderstandsmessung, Atembewegungserfassung und Elektrokardiographie werden zur Erfassung emotionaler Zustände herangezogen; ebenso können Augenbewegungen sowie otoakustische Emissionen erfasst werden. Eine direkte Modulation der Gehirnaktivität ist durch transkraniale Elektrostimulation möglich.