Hirnscans zeigen das Kühlsystem im Kopf

Jeder kennt sie, die faszinierenden bunten Bilder von der „Aktivität“ unseres Denkorgans. Doch was genau mit der zugrunde liegenden Methode der funktionellen Kernspintomographie (fMRI, auch Kernspinresonanz genannt) dargestellt wird, ist unter Experten umstritten. Nun glauben japanische Hirnforscher, das Rätsel gelöst zu haben: Dort, wo der Computer Hirnregionen in rot oder anderen warmen Farbtönen darstellt, fließt besonders viel Blut, weil dort die Wärme abgeleitet werden muss, die von aktiven Nervenzellen produziert wird, schließen die Professoren Tsutomu Nakada und Kiyotaka Suzuki von der japanischen Niigata-Universität aus Modellrechnungen, die sie kürzlich auf einem Fachkongress in Chicago vorgestellt haben.

Hirnaktivität beim Tippen mit dem linken Zeigefinger (Foto: Wikipedia)

Hirnaktivität beim Tippen mit dem linken Zeigefinger (Foto: Wikipedia)

„Was immer wir tun erfordert Arbeit vom Gehirn“, erklären die Forscher. Welche Teile des Denkorgans dabei aktiv werden, hängt von der Art der Arbeit ab – sei es ein Fußball- oder ein Schachspiel. Bekannt ist, dass dann auch der Blutfluss in den beteiligten Hirnregionen zunimmt und dass die fMRI diese Veränderung anhand der Menge der von roten Blutkörperchen transportierten Sauerstoffmoleküle sichtbar machen kann. Die bisherige Vermutung, dass dies den Nährstoffverbrauch der Nervenzellen widerspiegelt, sei jedoch falsch, beteuern Nakada und Suzuki. Deren Berechnungen zufolge wäre im Blutstrom nämlich etwa sechs Mal mehr Energie in Form von Zucker- und Sauerstoffmolekülen enthalten, als die Nervenzellen für ihre Aktivitäten benötigen. „Dieser Unterschied war für Hirnforscher bislang ein ärgerliches Rätsel“, sagen die Japaner, und sie verweisen darauf, dass solch riesigen Unterschiede zwischen Verbrauch und Bedarf in der Natur äußerst ungewöhnlich seien.

Ihre Forschung zeige nun, dass die bei der fMRI gemessene Zunahme des Blutflusses ein Mechanismus ist, mit dem das „Überhitzen“ von Nervenzellen verhindert wird. Der Blutfluss, der in nicht aktiven Hirnregionen – also im „Ruhezustand“ – statt findet, würde nämlich nur drei Viertel der Wärme abtransportieren können, die von aktiven Teilen des Denkorgans erzeugt wird. „Unser Modell hat bestätigt, dass die Zunahme des Blutflusses bei der Aktivierung von Hirnregionen genau den nötigen Umfang hat, um die zusätzliche Wärme abzuführen“, rechen die Neurowissenschaftler vor.

Quelle:

  • Nakada T, Suzuki K, Kwee I.L.: Excess heat removal is likely to be the main role of increase in regionla blood flow associated with brain activation. Abstract 406.3 des 2009 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL: Society for Neuroscience, 2009. Online.

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