Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) erlaubt es uns, anhand von visuell überzeugenden Bildern Rückschlüsse auf die Hirnaktivität bei lebenden Menschen zu ziehen. Zum einen hat sie uns erlaubt, einige wichtige Bemerkungen zu natürlich vorkommenden Hirnnetzwerken zu machen, einschließlich des Standardmodus-Netzwerks. Um solche Netzwerke zu verstehen, ist jedoch zunächst ein gewisser Hintergrund in funktioneller Konnektivität erforderlich.
Was ist die funktionelle Konnektivität MRT?
Viele fMRI-Studien werden durchgeführt, während der Patient aktiv eine Aktivität ausübt. Wenn sie z.B. mit der rechten Hand einen Knopf drücken, kann später ein Teil der linken Hemisphäre in der Nähe des motorischen Kortex zu diesem Zeitpunkt aufleuchten.
Ein anderer Ansatz besteht darin, sich das Gehirn anzuschauen, während die Versuchsperson im Scanner überhaupt nichts tut – einfach nur daliegt. Diese Technik wird manchmal als „Ruhezustand“-fMRT bezeichnet.
Während wir dort liegen, haben verschiedene Bereiche des Gehirns eine oszillatorische Aktivität, d.h. elektrische Wellen, die mit dem MRT-Signal verbunden sind. Manchmal sind diese Wellen synchron zueinander, d.h. sie treffen gleichzeitig auf die Hoch- und Tiefpunkte der Wellenform. Es ist ein bisschen so, als wären sie verschiedene Mitglieder eines Orchesters, die dasselbe Musikstück spielen und dabei demselben Dirigenten folgen. Man sagt, dass zwei solche Bereiche funktional miteinander verbunden sind.
Die funktionale Konnektivität muss nicht in Ruhe gemessen werden. Aktivitäten wie die Aufmerksamkeit auf etwas Wichtiges können die Muster der funktionellen Konnektivität im gesamten Gehirn verändern.
Funktionelle Konnektivität bedeutet nicht unbedingt, dass zwei Hirnregionen direkt und physisch miteinander verbunden sind. Zum Beispiel können zwei verschiedene Hirnareale ziemlich weit voneinander entfernt sein, aber beide empfangen Signale von einer zentralen Hirnregion wie dem Thalamus. Diese können dennoch funktionell verbunden sein, wenn ihre Signale synchron sind.
Einführung in das Netzwerk im Standardmodus
Im Laufe der letzten zehn Jahre wurde dieser funktionalen Konnektivität zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt, um Netzwerke im Gehirn zu finden, die sich auf bestimmte Aktivitäten beziehen, darunter auch das Ausruhen. Eines der prominentesten Netzwerke, die diskutiert werden, ist das Netzwerk im Standardmodus.
Der Begriff „Standardmodus“ wurde erstmals 2001 von Dr. Marcus Raichle zur Beschreibung der Gehirnfunktion im Ruhezustand verwendet. Zuvor war bereits festgestellt worden, dass ein „ruhendes“ Gehirn kaum weniger Energie verbraucht als ein Gehirn, das eine „aktive“ Aufgabe ausführt, was darauf hindeutet, dass das Gehirn vielleicht nicht so sehr „ruht“, sondern vielmehr die Art der Aktivität, in der es aktiv ist, verändert.
Das Default Mode Network (DMN) beinhaltet niederfrequente Schwingungen von etwa einer Schwankung pro Sekunde. Das Netzwerk ist am aktivsten, wenn das Gehirn in Ruhe ist. Wenn das Gehirn auf eine Aufgabe oder ein Ziel ausgerichtet ist, deaktiviert sich das Standardnetzwerk.
Es kann tatsächlich mehr als ein Standardnetzwerk geben – das, was wir als DMN bezeichnet haben, kann eigentlich eine Sammlung kleinerer Netzwerke sein, von denen jedes für etwas anderes bestimmt ist als das andere. Nichtsdestotrotz werden bestimmte Hirnareale heute allgemein als Teil des DMN verstanden.
Welche Teile des Gehirns sind im DMN?
Zu den Hirnarealen, die in das Netzwerk des Standardmodus eingeschlossen sind, gehören der mediale Temporallappen, der mediale präfrontale Kortex und der posteriore zinguläre Kortex sowie der ventrale Präkuneus und Teile des parietalen Kortex. Alle diese Regionen wurden mit irgendeinem Aspekt des internen Denkens in Verbindung gebracht. Zum Beispiel ist der mediale Temporallappen mit dem Gedächtnis assoziiert. Der mediale präfrontale Kortex wurde mit der Theorie des Geistes in Verbindung gebracht, der Fähigkeit, andere als Menschen mit Gedanken und Gefühlen zu erkennen, die den eigenen ähnlich sind. Man nimmt an, dass im hinteren Cingulum verschiedene Arten von inneren Gedanken integriert sind. Spiegelneuronen wurden auch für die Interaktion mit dem DMN postuliert.
Was macht das DMN?
Da das Netzwerk im Standardmodus im Ruhezustand am aktivsten ist und aufgrund der damit verbundenen Strukturen, haben einige Leute behauptet, dass es mit introspektivem Denken verbunden ist, einschließlich Aktivitäten wie Tagträumen oder dem Abrufen von Erinnerungen. Andere haben jedoch angedeutet, dass die Aktivität nur mit physiologischen Prozessen zusammenhängen könnte, die nichts mit einer bestimmten Aktivität zu tun haben – auch nicht im Ruhezustand – obwohl diese Meinung in der Gunst zu fallen scheint.
Veränderungen im Netz der Standardmodi wurden mit einer Vielzahl verschiedener Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Alzheimer, Autismus, Schizophrenie, bipolare Störung, posttraumatische Belastungsstörung, Depression und andere. Krankheiten können entweder zu wenig oder zu viel Aktivität verursachen, und manchmal variieren die Daten darüber, was tatsächlich auftritt. Ob dies ein schlechtes Verständnis der Krankheit, der Technik oder von beidem widerspiegelt, ist oft ungewiss.
Einer der Kritikpunkte, die in Bezug auf die DMN aufgetreten sind, ist, dass Veränderungen innerhalb der DMN sehr unspezifisch zu sein scheinen – was ist eine Messung, wenn sie einem nicht wirklich sagt, was das Problem ist? Andere haben in Frage gestellt, ob das Netzwerk überhaupt ein tragfähiges Konzept ist, obwohl die biologische Aktualität des DMN immer schwieriger in Frage zu stellen ist, je mehr sich die Forschung häuft.
Andere Netzwerke, etwa solche, die mit Aufmerksamkeit, Sehen und Hören zu tun haben, sind ebenfalls beschrieben worden. Während der medizinische Nutzen dieser Netzwerke unklar bleibt, könnten sie einen wichtigen Wandel in unserem Denken über das Gehirn widerspiegeln, und wer kann sagen, wohin uns dieses Denken in Zukunft führen wird?
Quellen für Artikel (einige auf Englisch)
- Konishi M, Mclaren DG, Engen H, Smallwood J. Geprägt von der Vergangenheit: Das Netzwerk im Standardmodus unterstützt eine Kognition, die unabhängig vom unmittelbaren Wahrnehmungsinput ist. PLOS EINS. 2015;10(6):e0132209.
- Allan TW, Francis ST, Caballero-Gaudes C, et al. Die funktionelle Konnektivität in der MRT wird durch spontane BOLD-Ereignisse gesteuert. PLOS EINS. 2015;10(4):e0124577. doi:10.1371/journal.pone.0124577
- Andrews-Hanna JR. Das Standard-Netzwerk des Gehirns und seine adaptive Rolle bei der internen Mentation. Neurowissenschaftler. 2012;18(3):251–270.
- Hsiao FJ, Wang YJ, Yan SH, Chen WT, Lin YY. Veränderte Oszillation und Synchronisation der Netzwerkaktivität im Standardmodus bei leichter Alzheimer-Krankheit im Vergleich zu leichter kognitiver Beeinträchtigung: eine elektrophysiologische Studie. PLoS Eins. 2013;8(7):e68792. Veröffentlicht 2013 Jul 11. doi:10.1371/Zeitschrift.pone.0068792
Zusätzliche Lektüre
- Fair, D. A.; Cohen, A. L.; Dosenbach, N. U. F.; Church, J. A.; Miezin, F. M.; Barch, D. M.; Raichle, M. E.; Petersen, S. E. u. a. (2008). „Die reifende Architektur des Default-Netzwerks des Gehirns“. Proceedings of the National Academy of Sciences 105(10): 4028-32.