Vergleich des zeitlichen Aktivierungsmusters von BOLD fMRT und MEG im Hörkortex des Menschen

Fragestellung: FMRT und MEG sind eng an postsynaptische Potentiale (PSP) gekoppelt, aber die Beziehung zwischen den beiden Techniken ist nur unzureichend verstanden. Das zeitliche BOLD-Aktivierungsmuster im Hörkortex verändert sich mit den Parametern der Stimulationssequenz: eine phasische Onset-Antwort ist besonders stark ausgeprägt bei hohen Wiederholraten, während tonische BOLD-Aktivierung mit zunehmender Wiederholrate und relativer Tondauer abnimmt (Harms & Melcher, 2002). Tonische neuronale Aktivität und das Sustained-Field im MEG zeigen keine vergleichbare Abnahme für höhere Wiederholraten.

Methoden: Wir verglichen MEG- und BOLD-Aktivierung im Hörkortex für die gleichen Stimulus-Sequenzen bei denselben Probanden. Klick-Trains wurden in 24-Sekunden-Blöcken alle 2 bzw. 3 Sekunden präsentiert. Die relative Tonlänge betrug 2,5, 25, 75 oder 100%. 14 Probanden wurden mit insgesamt 3 Sequenzen untersucht. Der Zeitverlauf der BOLD-Antwort wurde aus den aktivierten Voxeln im Hörkortex berechnet. Das MEG wurde mit einem Multidipolmodell, basierend auf einem realistischen Kopfmodell ausgewertet.

Ergebnisse: Das Sustained-Field im MEG nimmt mit der relativen Tonlänge zu und dominiert die MEG-Aktivierung für relative Tonlängen von 25% und mehr. Die BOLD-Antwort nimmt deutlich schwächer mit zunehmender relativer Tonlänge zu. Bereits diese Diskrepanz deutet an, dass das Sustained-Field sich nicht deutlich in der BOLD-Antwort widerspiegelt. In einem linearen Modell, in dem transiente MEG-Komponenten und das Sustained-Field unterschiedlich gewichtet werden können, wird die BOLD-Antwort am besten durch die MEG-Aktivität erklärt, wenn die transienten MEG-Komponenten um den Faktor von 8–10 stärker gewichtet werden als das Sustained-Field.

Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die BOLD-Antwort enger mit transienten als mit tonischen Aktivierungsmustern im MEG in Verbindung steht. Ein möglicher Grund hierfür ist die enge Synchronität von inhibitorischen und exzitatorischen PSPs während transienter Aktivierung im Hörkortex (Wehr & Zador, 2003). Diese führt zu starken Auslöschungen für das MEG, aber nicht für die BOLD-Antwort.

Literatur:

Harms MP & Melcher JR (2002)J Neurophysiol 88:1433–1450.

Wehr M & Zador AM (2003) Nature 426:442–446.

Gefördert durch die DFG (GU 593/2–1), das NIH (P30 DC005209; P41RR14075), das MIND Institute und die Dietmar-Hopp-Stiftung.