Artikelaktionen

Sie sind hier: Startseite / Aktuelles / Forschungsnews / Mini-NIRS: Neuer Einblick ins Gehirn

Mini-NIRS: Neuer Einblick ins Gehirn

Kooperation zwischen Wissenschaftlern des Bernstein Fokus Neurotechnologie Berlin und der Firma NIRx (Dezember 2012).

Moderne bildgebende Verfahren, die Einblicke in die Aktivität des Gehirns erlauben, erfordern große und aufwändige Kernspintomografen und sind damit auf einen Einsatz im Labor begrenzt. Eine vielversprechende Alternative dazu ist die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS). Wie beim EEG wird ein Kontakt an der Schädeloberfläche genutzt. Während das EEG jedoch die Spannungsänderungen bedingt durch neuronale Aktivität misst, liefert NIRS Aufschlüsse über den Metabolismus des Gehirns.

mini-nirs: neuer einblick ins gehirn_image_291112
In der Berliner Innenstadt mit mini-NIRS gemessene Aktivierung der motorischen Hirnrinde.
Foto: © NIRx

Hierzu wird mit einer Nahinfrarot-Lichtquelle in das Gehirn „geleuchtet“. Ein paar Zentimeter weiter misst ein Detektor, wie viel Licht das Gewebe passiert hat. Da die Lichtdurchlässigkeit des Gewebes von der Menge und dem Sauerstoffgehalt des Blutes abhängt, und die Durchblutung mit sauerstoffreichem Blut bei Aktivierung des Gehirns zunimmt, lässt sich von der gemessenen Lichtmenge auf die Hirnaktivität schließen.

Auch die funktionelle Magnetresonanztomografie basiert auf einer Messung des Blutsauerstoffgehalts. Doch ist die NIRS-Technologie ungleich handlicher und kostengünstiger. Zudem wird die Messung nicht, wie das EEG, durch elektromagnetische Felder oder Muskelkontraktionen gestört. Damit wäre NIRS ein idealer Kandidat für den mobilen Einsatz, um dem menschlichen Gehirn nicht nur im Labor, sondern im wirklichen Alltag bei der Arbeit zuzusehen.

Am Bernstein Fokus Neurotechnologie Berlin arbeiten Wissenschaftler um Jens Steinbrink von der Charité und Klaus-Robert Müller von der Technischen Universität Berlin zusammen mit der Berliner Firma NIRx auf Hochtouren an der Umsetzung dieser Idee. In eine Stoffkappe haben sie 20 miniaturisierte Lichtquellen und Detektoren eingebaut. Das Licht wird direkt auf der Schädeloberfläche zur Verfügung gestellt und gemessen, was lange und unhandliche Glasfasern überflüssig macht. Die Elektronik für die Datenaufnahme, bestehend aus einem Interface von der Größe eines dickeren Taschenbuchs und einem Laptop, sitzt in einem Rucksack, der mit der Kappe nur durch ein paar dünne Kabel verbunden ist.

In ersten Tests haben die Forscher bereits gezeigt, dass ihr neues Mini-NIRS System tatsächlich alltagstauglich ist. Am Berliner Spreeufer ließen sie Probanden mit dem Fahrrad einen Parcours abfahren und auf Ton-Kommandos mit der Hand einen Hebel bedienen. Auch unter diesen erschwerten Bedingungen gelang es den Forschern, störungsfrei die Steuersignale für die Handbewegung im motorischen Zentrum der gegenüberliegenden Hirnhälfte zu extrahieren.

„Bei manchen Probanden konnten wir sogar einzelne Handbewegungen aus dem NIRS-Signal ablesen“, sagt Christoph Schmitz, Geschäftsführer von NIRx und Leiter der Studie – eine wichtige Voraussetzung für die spätere Verwendung der neuen Technik. Denn die Ambitionen der Forscher zielen nicht nur auf Grundlagenforschung, sondern auch auf ganz konkrete technische und medizinische Anwendungen ab.

Gehirn-Computerschnittstellen, mit denen z.B. gelähmte Patienten technische Hilfsmittel steuern, könnten mit Mini-NIRS alltagstauglicher und robuster werden. Auch gesunde Menschen könnten von der Technik profitieren. Mit NIRS könnte man z. B. auch Gehirnzustände wie Aufmerksamkeit in sicherheitskritischen Situationen überwachen, um bei abnehmender Aufmerksamkeit rechtzeitige Schritte einzuleiten.