Einführung in die funktionell bildgebenden Verfahren und die Datenanalytik

Zusammenfassung

Die Sprache ist das Kommunikationsmittel des Menschen. Sie beinhaltet die Verknüpfung von akustischen Signalen oder Symbolen mit einer bestimmten Bedeutung. Eine Lokalisierung der beteiligten Hirnregionen konnte in der Geschichte der Psycholinguistik bislang nur indirekt bewerkstelligt werden. Erst die Entwicklung der funktionellen Bildgebung in den letzten zwei Dekaden eröffnete neue Wege zur Erforschung der grundlegenden funktionellen Neuroanatomie der Sprache. In diesem Beitrag werden die Grundzüge der verschiedenen bildgebenden Verfahren (PET, fMRT, EEG & MEG, NIRS, TMS) und ihrer Anwendung in den Neurowissenschaften dargelegt. Dabei wird generell auf grundlegende Begriffe der funktionellen Bildgebung und Ansatzpunkte des experimentellen Designs, der Datenaufbereitung und -analytik eingegangen und diese anhand von Beispielen illustriert.

Abstract

Language is our means of communication. It involves the association of acoustic signals and symbols with a certain meaning. Throughout the history of psycholinguistics the localisation of the eloquent brain regions could only be accomplished through indirect approaches. It was the development of functional neuroimaging in the last two decades that shed new light on the understanding of the fundamental neuroanatomy of language. In this article the main features of the various functional neuroimaging techniques (PET, fMRI, EEG & MEG, NIRS, TMS) and their applications in the cognitive neurosciences are presented. Furthermore, basic methodological considerations of functional neuroimaging techniques and principles of experimental design, data processing and -analysis are highlighted and exemplified.

Schlüsselwörter

PET - fMRT - EEG - MEG - NIRS - TMS - Datenanalytik

Key words

PET - fMRI - EEG - MEG - NIRS - TMS - data analysis

Literatur

• 1 Dierks T. Elektroenzephalographie und Evozierte Potenziale. In: Walter H (Hrsg.) Funktionelle Bildgebung in Psychiatrie und Psychotherapie. Stuttgart, New York; Schattauer GmbH 2005: 129-150
• 2 Schnitzler A, Gross J. Magnetenzephalographie (MEG). In: Walter H (Hrsg.) Funktionelle Bildgebung in Psychiatrie und Psychotherapie. Stuttgart, New York; Schattauer GmbH 2005: 151-191
• 3 Ogawa S, Lee T M, Kay A R. et al . Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation.  Proc Natl Acad Sci U S A. 1990;  87 9868-9872
• 4 Mottaghy F M, Hautzel H. Vergleich von PET- und fMRT-Aktivierungsmustern bei Gedächtnisvorgängen. In: Krause BJ, Müller HW (Hrsg.) Bildgebung des Gehirns und Kognition. Landsberg; ecomed Verlagsgesellschaft 2003: 155-163
• 5 Pascual-Leone A, Bartres-Faz D, Keenan J P. Transcranial magnetic stimulation: studying the brain-behaviour relationship by induction of ”virtual lesions”.  Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1999;  354 1229-1238
• 6 Wassermann E M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the International Workshop on the Safety of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, June 5 - 7, 1996.  Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1998;  108 1-16
• 7 Herzog H, Lamprecht A, Kuhn A. et al . Cortical activation in profoundly deaf patients during cochlear implant stimulation demonstrated by H2(15)O PET.  J Comput Assist Tomogr. 1991;  15 369-375
• 8 Meyer P T, Sturz L, Schreckenberger M. et al . Preoperative mapping of cortical language areas in adult brain tumour patients using PET and individual non-normalised SPM analyses.  Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2003;  30 951-960
• 9 Schreckenberger M, Spetzger U, Sabri O. et al .Aktivierungs-PET zur präoperativen Diagnostik intrakranieller Tumoren. In: Krause BJ, Müller HW (Hrsg.) Bildgebung des Gehirns und Kognition. Landsberg; ecomed Verlag 2003
• 10 Friston K J, Holmes A P, Worsley K J. et al . Statistical parametric mapping in functional imaging: A general linear approach.  Human Brain Mapping. 1995;  2 189-210
• 11 Shapiro K A, Mottaghy F M, Schiller N O. et al . Dissociating neural correlates for nouns and verbs.  Neuroimage. 2005;  24 1058-1067
• 12 Talairach J, Tournoux P. Co-Planar Stereotactic Atlas of the Human Brain. New York; Thieme Medical Publishers 1988
• 13 Friston K J, Ashburner J, Frith C D. et al .Spatial registration and normalisation of images. Human Brain Mapping 1995: 165-189
• 14 Horwitz B, Krause B J. Der Einsatz funktioneller Bildgebungsverfahren in der Erforschung kognitiver Funktionen. In: Krause BJ, Müller HW (Hrsg.) Bildgebung des Gehirns und Kognition. Landsberg; ecomed Verlagsgesellschaft 2003: 17-28
• 15 Krause B J. Datenanalyseverfahren funktionell bildgebender Studien. In: Krause BJ, Müller HW (Hrsg.) Bildgebung des Gehirns und Kognition. Landsberg; ecomed Verlagsgesellschaft 2003: 51-65
• 16 Krause B J. Grundlagen der funktionellen Bildgebung des Gehirns mit der Positronen-Emissions-Tomographie. Nervenheilkunde 2005: 73-79
• 17 Hautzel H, Mottaghy F M, Schmidt D. et al . Neurocognition and PET. Strategies for data analysis in activation studies on working memory.  Nuklearmedizin. 2003;  42 197-209