Multi-modal imaging of functional systems in the human brainstem
Final Report Abstract
Das geförderte Projekt behandelte die Erforschung von Funktionen des menschlichen Hirnstamms mittels funktioneller Magnetresonanz-Tomographie (fMRT). Obwohl die fMRT ein weit verbreitetes Verfahren ist, welches einen wichtigen Teil zur Entwicklung der modernen Neurowissenschaft beigetragen hat, versagt sie im Hirnstamm fast vollständig aufgrund des deutlich erhöhten Niveaus an physiologischem Rauschen. Ziel dieses Projekts war es daher, eine kürzlich vom Antragsteller entwickelte Methode – die maskierte ICA – zu testen und weiterzuentwickeln, um dieses Problem zu umgehen und auch für den Hirnstamm die Darstellung der sog. Resting-State-Netzwerke zu ermöglichen. Während des Aufenthalts am Martinos Center for Biomedical Imaging in Boston wurde in Kooperation mit dortigen Wissenschaftlern zunächst ein Datensatz von Hochfeld-MRT-Daten am lokalen 7-Tesla-Scanner aufgenommen, für dem 14 Probanden mittels kontinuierlichem Druckschmerz an der Wade stimuliert wurden. Der Datensatz umfasste neben funktionellen auch strukturelle Daten zur späteren Identifikation der aktivierten Hirnstamm-Kerne. Wir konnten zeigen, dass die maskierte ICA eine verlässliche Darstellung der Aktivierung schmerz-relevanter Kerne im Hirnstamm erlaubt und dass diese Ergebnisse unter den gegebenen Bedingungen sogar reproduzierbar waren, wenn jeder Proband einzeln ausgewertet wurde. In einer weiteren Studie konnten wir – ebenfalls mittels maskierter ICA – an einem Kollektiv von 37 Patientinnen mit Fibromyalgie und 15 gesunden Kontrollprobandinnen zeigen, dass bei diesem chronischen Schmerzsyndrom eine verringerte Konnektivität zwischen dem mesencephalen Nucleus cuneiformis und Kernen der rostralen ventromedialen Medulla (RVM), einer wichtigen schmerz-modulierenden Region, vorliegt. Es zeigte sich darüber hinaus ein deutlicher Zusammenhang zwischen der veränderten Konnektivität und der Symptomschwere der Patientinnen. Zusammenfassend zeigen die gewonnenen Ergebnisse, dass die maskierte ICA sowohl in der Lage ist, die Aktivierung schmerz-relevanter Hirnstammkerne unter experimenteller Schmerzstimulation als auch klinisch relevante Unterschiede zwischen Schmerzpatienten und gesunden Kontrollen zu detektieren. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Erforschung des menschlichen Hirnstamms in Medizin und Neurowissenschaft.
Publications
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(2013) The autonomic brain: an activation likelihood estimation metaanalysis for central processing of autonomic function. The Journal of Neuroscience. 33:10503–10511
Beissner F, Meissner K, Bär K, Napadow V
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Advances in functional magnetic resonance imaging of the human brainstem. Neuroimage. 86:91–98
Beissner F, Schumann A, Brunn F, Eisenträger D, Bär K
