Kartierung des Körperregulations- und Wahrnehmungssystems des Gehirns mittels 7-Tesla-MRT

Kartierung des Körperregulations- und Wahrnehmungssystems des Gehirns mittels 7-Tesla-MRT

Jiahe Zhang, PhD, von der Abteilung für Psychiatrie am Mass General Brigham, ist der Hauptautor des in veröffentlichten Artikels Naturneurowissenschaften„Kortikale und subkortikale Kartierung des menschlichen allostatisch-interozeptiven Systems mittels 7-Tesla-fMRT.“

Lisa Feldman Barrett, PhD, und Marta Bianciardi, PhD, von der Abteilung für Radiologie bei Mass General Brigham sind leitende Co-Autoren. Barrett ist außerdem mit der Abteilung für Psychiatrie bei Mass General Brigham verbunden.

F: Wie würden Sie Ihre Studie für ein Laienpublikum zusammenfassen?

Mithilfe einer ultrahochauflösenden Bildgebungstechnologie namens 7-Tesla-Funktions-MRT (fMRT) haben wir bei menschlichen Teilnehmern kartiert, wie verschiedene Teile des Gehirns zusammenarbeiten. Insbesondere haben wir ein einheitliches Netzwerk oder eine Gruppe von Gehirnregionen entdeckt, die sowohl die Körperregulation (Allostase) als auch die interne Wahrnehmung (Interozeption) unterstützen.

F: Welche Wissenslücke kann durch Ihre Studie geschlossen werden?

Frühere Studien sowohl an Tiermodellen als auch am Menschen haben auf die Existenz eines verteilten Systems im Gehirn hingewiesen, das ihm hilft, den Energiebedarf des Körpers zu antizipieren und sich darauf vorzubereiten – ein Prozess namens Allostase – sowie die sensorischen Bedingungen im Körper zu überwachen, die als Interozeption bekannt sind. Hier haben wir 7-Tesla-fMRT verwendet, um zu messen, wie Signale im Gehirn im Laufe der Zeit synchron schwanken und ein Netzwerk von Regionen bilden, die zusammenarbeiten, um Aktionen zu koordinieren.

In einer früheren Studie mit 3-Tesla-fMRT kartierte Barretts Team ein Netzwerk, das Allostase und Interozeption im menschlichen Gehirn unterstützt. Die vergleichsweise begrenzte räumliche Auflösung und Empfindlichkeit der 3-Tesla-Technologie machten es jedoch schwierig, die kleineren Strukturen des Systems im Hirnstamm, die bekanntermaßen eine Schlüsselrolle bei diesen Prozessen spielen, vollständig zu erfassen.

F: Welche Methoden oder Ansätze haben Sie verwendet?

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, verwendeten wir den 7-Tesla-MRT-Scanner im Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging des Mass General Hospital, der es uns ermöglicht, kleine Gehirnregionen mit weitaus größerer Präzision zu sehen. Die Teilnehmer wurden „in Ruhe“ gescannt, sodass die beobachtete Gehirnaktivität eher die spontane Allostase und Interozeption als Reaktionen auf äußere Reize widerspiegelte.

Wir haben auch eine kürzlich validierte Karte tiefer Gehirnbereiche verwendet, die von Bianciardis Team entwickelt wurde und anhand der Gehirnscans lebender Menschen erstellt wurde. Dieser In-vivo-Atlas, Brainstem Navigator, kartiert die Regionen, die an der Regulierung des autonomen, immunologischen und endokrinen Systems beteiligt sind.

Unser analytischer Ansatz basierte auf jahrzehntelanger Grundlagenforschung, die zwei Hauptbahnen im Gehirn von Säugetieren identifiziert hat: eine Gruppe von Bahnen (allostatisch), die Signale vom Gehirn sendet, um die Organe des Körpers zu steuern, und die andere Gruppe (interozeptiv), die Signale vom Körper an das Gehirn sendet und es darüber informiert, was in uns vorgeht.

F: Was haben Sie gefunden?

Unsere Ergebnisse wiederholten und erweiterten unsere vorherige 3-Tesla-Arbeit und bestätigten nahezu alle direkten Verbindungen, die bei nichtmenschlichen Säugetieren identifiziert wurden: 100 % derjenigen zwischen kortikalen Bereichen und 96 % derjenigen, die subkortikale Bereiche sowohl mit kortikalen als auch mit anderen subkortikalen Bereichen verbinden. Wie wir erwartet hatten, fanden wir wechselseitige Verbindungen zwischen den Gehirnbereichen, die dabei helfen, die Bedürfnisse des Körpers zu verwalten (wie der vordere cinguläre Kortex) und den Bereichen, die wahrnehmen, was im Körper passiert (wie die hintere Insula). Dies bedeutet, dass diese Regionen hin und her kommunizieren und dem Gehirn dabei helfen, vorherzusagen und zu regulieren, was der Körper braucht.

F: Was sind die Auswirkungen?

Immer mehr Beweise deuten darauf hin, dass eine der zentralen Aufgaben des Gehirns darin besteht, den Energiebedarf des Körpers zu antizipieren und zu decken. Unsere Ergebnisse verorten die Überwachung und Regulierung der Körperbedürfnisse im funktionellen Kern des menschlichen Gehirns und zeigen den engen Zusammenhang zwischen geistiger und körperlicher Gesundheit.

Dies steht im Einklang mit neuen Forschungsergebnissen zu psychiatrischen und neurologischen Störungen, die zeigen, dass eine beeinträchtigte Gehirn-Körper-Kommunikation ein wichtiger Faktor ist, der sowohl zu psychischen als auch zu physischen Erkrankungen beiträgt.

F: Was sind die nächsten Schritte?

Zukünftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, dieses allostatisch-interozeptive System mit anderen Aufgaben, einschließlich Entscheidungsfindung und Kognition, zu verknüpfen und weitere Verbindungen zwischen interessierenden Gehirnregionen zu identifizieren.

Quellen: