Am Cardiff University Brain Imaging Centre (CUBRIC) ist der Blick in die Funktionsweisen des Gehirns nicht mehr nur ein Gegenstand von Science Fiction. Indem sie eine Technologie namens Transkranielle Magnetstimulation (TMS) verwenden, können die Forscher sicher und schmerzfrei die elektrische Aktivität in einem Teil des Gehirns eines Freiwilligen stimulieren und herausfinden, wie das deren kognitive Fähigkeiten beeinflusst oder sogar mithilfe eines MRI Scanners auf einem Bildschirm sehen, wie sich die Gehirnaktivität verändert.

CUBRIC Forschung Gebäude-Foto von der Seite nach oben auf Beschilderung
Mann und Frau sitzen, CUBRIC Gebäude, Cardiff University
CUBRIC Gebäude, Cardiff University

Außerdem verlässt sich die Forschung im CUBRIC auf Geräte, die in Wales hergestellt werden. Magstim, das in Whitland in Carmarthenshire ansässig ist, ist ein weltweit führender Entwickler und Hersteller von TMS-Geräten. Seine lange Partnerschaft mit CUBRIC erreichte 2016 einen neuen Höhepunkt, als es die Ausstattung für das neue, ausgezeichnete Gebäude des CUBRIC auf dem Wissenschafts- und Innovations-Campus der Universität geliefert hatte.

Tests bei Cardiff Universität Hirnforschung Imaging Center
Ein Blick auf Hauptplatine Techniker
TMS-Fertigungsanlagen bei Magstim

TMS-Geräte funktionieren, indem sie die elektrische Aktivität im Gehirn durch kurze, hochfokussierte, magnetische Impulse stimulieren, die durch eine Spule, die nahe an den Kopf gehalten wird, erzeugt werden. Michael Polson, der Technische Leiter bei Magstim, erklärt: „Wir belieferten CUBRIC mit zwei verschiedenen Gerätetypen. Wir produzieren ein Gerät, das einzelne Impulse erzeugt. Im Klartext heißt das, dass es den Wissenschaftlern erlaubt zu sehen, wie gewisse Nervenbahnen arbeiten, fast wie ein Leitungsprüfer.“

TMS-Ausrüstungen an der Cardiff University
TMS Ausrüstung statt auf den Kopf des Patienten, das Gehirn zu scannen
TMS Ausrüstung an der Cardiff University

„Der andere Gerätetyp, den sie haben, ist unser Hochfrequenzstimulator, der längere Sequenzen elektrischer Impulse geben kann. Den kann man zusammen mit einem MRI-Scanner benutzen, um zu sehen, was im Stoffwechsel des Gehirns passiert: Man stimuliert einen Teil des Gehirns und sieht dann, wie das dann Aktivität in anderen Bereichen verursacht, wie ein Dominoeffekt. Damit zeigt man, wie Nervenbahnen miteinander verbunden sind und in Wechselwirkung miteinander treten.“

„Unsere Forschungsgruppe ist hauptsächlich kognitive Kontrolle und Response Inhibition. Das ist der Prozess, der eine Aktion stoppt, nachdem man sie in Gang gesetzt hat.“

Adam Partridge, der Leiter des Brain Stimulation Lab am CUBRIC, sagt: „Unsere Forschungsgruppe ist hauptsächlich kognitive Kontrolle und Response Inhibition. Das ist der Prozess, der eine Aktion stoppt nachdem man sie in Gang gesetzt hat.“

„Wir können die Bereiche des Gehirns ansprechen, die uns interessieren, Impulse aussenden während die Probanden verhaltensorientierte Aufgaben durchführen und wir messen das Ergebnis der Aufgabe, zum Beispiel ihre Reaktionszeit oder die Genauigkeit. Das ist die einfachste Methode, die Magstim-Geräte zu verwenden, um die Verbindungen zwischen dem Gehirn und dem Verhalten zu erforschen.“

Grafik des Kopf der Phrenologie
TMS Ausrüstung statt auf den Kopf des Patienten, das Gehirn zu scannen
Diagramm zur Lokalisierung von Gehirnbereichen und TMS Ausrüstung an der Cardiff University

Wenn man TMS-Geräte im selben Raum mit einem MRI-Scanner verwendet, was praktisch ein riesiger Elektromagnet ist, birgt das enorme technische Herausforderungen, an deren Lösung die Ingenieure von Magstim lange gearbeitet haben.

„Die Spule wird gigantischen Kräften ausgesetzt, die sogar dazu führen können, dass sie bricht“, sagt Polson. „Ich habe einige Berechungen angestellt und kam auf eine grobe Schätzung von 10.000 Newton oder 1000 kg. Das ist das Äquivalent eines Autos, das an der Spule hängt. Und wir müssen verhindern, dass die Magstim-Geräte Interferenzen im Radiowellenbereich erzeugen, die die sensiblen Scanner stören würden. Es ist eine heikle Angelegenheit.“

Frau am Schalter in CUBRIC
TMS-Fertigungsanlagen bei Magstim

Außerhalb des Labors wird TMS nicht nur als Forschungswerkzeug gebraucht. In den letzten Jahren wurde es als Alternative zur medikamentösen Behandlung bei Depressionen in vielen Ländern zugelassen, unter anderem in den USA und Großbritannien. Das hat Magstim Zugang zu einem größeren Markt für seine Geräte gegeben und so erreicht der Name der walisischen Firma viele Krankenhäuser und Behandlungszentren in der ganzen Welt.

Und obwohl die Arbeit, die am CUBRIC geleistet wird, hoch theoretisch ist, so könnten die Ergebnisse der Wissenschaftler einen tiefgreifenden Einfluss auf unser Verständnis und die Behandlung von vielen verbreiteten neurologischen Beschwerden haben. Partridge sagt: „ Wir führen hier grundlegende Neurowissenschaft durch und versuchen zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert, aber in der Zukunft könnte man das auf alle möglichen Bereiche anwenden, wie zum Beispiel Spielsucht oder Essstörungen. Aspekte der kognitiven Kontrolle sind bei vielen dieser Störungen stark beteiligt.“

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