Funktionelle Ultraschall-Bildgebung der Aktivität des gesamten Gehirns

Die neue Methode zeigt Hirnfunktionen mit bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung

19. Oktober 2020

Ein Team des Neuro-Electronic Research Flandern (NERF) entwickelte und erprobte, in Zusammenarbeit mit der Macé Gruppe am MPI für Neurobiologie, eine volumetrische funktionelle Ultraschall-Bildgebungsplattform. Die neue Technologie ist äußerst benutzerfreundlich, zuverlässig und erschwinglich und dadurch ein hervorragender Kandidat für die hirnweite neuronale Bildgebungsforschung der Zukunft.

Forscher des Neuro-Electronics Research Flandern und des MPI für Neurobiologie haben eine 3D-Hirn-Bildgebungsplattform entwickelt, die auf Ultraschall-Bildgebung basiert

Ultraschall wird verwendet, um weiches Gewebe oder Organe wie Herz, Lunge und Blase in Echtzeit abzubilden. Im medizinischen Bereich wird Ultraschall routinemäßig eingesetzt – nicht zuletzt, da die Methode sowohl sicher als auch erschwinglich ist. In den vergangenen zehn Jahren war das Team um Alan Urban, in Zusammenarbeit mit mehreren akademischen und industriellen Partnern, an der Entwicklung innovativer Ultraschall-Hard- und Softwarelösungen für die Hirnforschung beteiligt.

Mit Hilfe der funktionellen Ultraschallbildgebung (fUSI) ist es den Forscherinnen und Forschern gelungen, die neuronale Aktivität durch die Kartierung lokaler Veränderungen im zerebralen Blutfluss sichtbar zu machen. Ursprünglich war fUSI jedoch auf den Querschnitt einer 2D-Bildgebung innerhalb eines kleinen Sichtfeldes beschränkt. Die Visualisierung der hirnweiten Aktivität blieb daher eine Herausforderung.

Eine vielseitige Bildgebungsplattform

"Wir wollten nicht nur die fortschrittlichste funktionale Ultraschall-Bildgebungsplattform für die neurowissenschaftliche Forschung auf den Markt bringen, sondern auch ihre Integration in Routineexperimente vereinfachen", sagt Dr. Clément Brunner, ein Postdoc der Urban-Gruppe.

"Jetzt ist es zum ersten Mal möglich, einen schnellen Einblick in die räumliche und zeitliche Dynamik der hirnweiten Aktivität während des Verhaltens zu erhalten", sagt Micheline Grillet, eine weitere Postdoktorandin im Urban-Team.

In Zusammenarbeit mit Forschenden aus dem Labor von Prof. Karl Farrow (ebenfalls am NERF) und Dr. Emilie Macé vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie war das Team in der Lage, volumetrische fUSI in einer Vielzahl von Umgebungen zu validieren.

Bereit für die Kliniken

"Wir glauben, dass die volumetrische fUSI-Technologie zu einer Schlüsseltechnologie der Neurobildgebung werden wird, nicht nur für die Forschung, sondern auch für die Medizin", sagt Prof. Alan Urban, der Leiter der Studie.

Die Überwachung von Neugeborenen und Erwachsenen mit kritischen neurologischen Erkrankungen hat über die Jahrzehnte hinweg deutlich zugenommen. Jedoch sind die bestehenden Technologien immer noch mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. Urban ist optimistisch, was die Einführung des volumetrischen fUSI betrifft: "Unsere vorläufigen Daten zeigen die Anwendbarkeit und Innovation die Bereiche des Neuromonitoring und der bildgesteuerten Chirurgie. Im Jahr 2021 werden wir damit beginnen, die Technologie an den Kliniken der UZ Leuven zu evaluieren".

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This text corresponds to a press release by the Neuro-Electronics Research Flanders (NERF).

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