Um MRI-Methoden zur Darstellung neuronaler Aktivität nutzen zu können, müssen entweder endogen (körpereigene) oder exogene (injizierte) Kontrastmittel vorhanden sein. Es ist bekannt, dass neuronale Aktivität mit Änderungen im Blutfluss und Sauerstoffverbrauch korreliert. So führt eine erhöhte neuronale Aktivität zu einer veränderten Konzentration von Deoxyhämoglobin, einem endogenen Kontrastmittel, das seinerseits wiederum zu einer Signalintensitätsänderung im MRI-Bild führt (BOLD Effekt – blood oxygenation level dependent). Solche funktionelle MRI-Messungen (functional MRI, fMRI), die auf veränderte Deoxyhämoglobin-Konzentrationen beruhen, werden häufig erfolgreich für Untersuchungen an menschlichen Probanden angewendet, ihre Anwendung für Untersuchungen an kleinen Säugern ist dagegen oft problematisch. So müssen die Tiere für die Messung immobilisiert, d.h. narkotisiert, werden. Um die MRI-Messung vom Stimulus zeitlich zu trennen, verwenden wir manganhaltige Kontrastmittel als alternative Aktivierungsmarker. Die Manganverbindungen penetrieren die Blut-Hirn-Schranke und können dann durch spannungsabhängige Kalziumkanäle von Neuronen aufgenommen werden. Somit wird die Aufnahme von Mangan durch lokale Änderungen im Blutvolumen und einer veränderten synaptischen Aktivität reguliert. Nach einem bestimmten Stimulus, der auch außerhalb des MRI-Scanners erfolgen kann, werden dann Hirnregionen mit einer erhöhten Mangankonzentration in einem T 1 -gewichtetem MR-Bild als Regionen mit einer verstärkten Signalintensität erkennbar. Im Gegensatz zum BOLD-Effekt ist diese „Mangan-Färbung“ über mehrere Tage nachweisbar. Zurzeit nutzen wir diese Methode für den Vergleich von basalen neuronalen Aktivierungsmustern in Knockout- und Wildtyp-Mäusen.

Allgemeine Hinweise für die Abbildungen 2 und 3:

Frontalschnitt des Hirns einer unbehandelten Maus (oben links) und einer Maus 24 h nach subkutaner Injektion von Manganchlorid (oben rechts). Zum Vergleich und zur Identifizierung der einzelnen Strukturen ist der entsprechende Schnitt im Maus-Hirnatlas von Paxinos (Academic Press, unten links) und die korrespondierende histologische Manganfärbung (unten rechts) dargestellt. Mangananreicherung in bestimmten Hirnregionen führt zu einer Erhöhung der Signalintensität in einem T 1 -gewichteten MR-Bild (helle Strukturen) und zu einer verstärkten Färbung in der Mangan-Autometallographie.

Kooperationen:

• Dr. Jürgen Goldschmidt
• PD Dr. Constanze Seidenbecher
• Dr. C. Spilker