Simultane Erfassung cerebraler Aktivität mittels Dipol-Quellenlokalisation und funktioneller MRT am Beispiel einer somatosensorischen Kategorisierungsaufgabe

Abstract

Mit dieser Arbeit ist es erstmalig gelungen, funktionelle MRT und Dipol-Quellenlokalisation in einer Weise zu kombinieren, die es erlaubt, ein und dieselbe kortikale Aktivität simultan mit beiden Verfahren zu erfassen. Insbesondere wurde dies durch (a) Korrektur eines vom Tomographen induzierten Artefaks in den EKPs und (b) durch eine deutliche Verbesserung des experimentellen Designs, und damit einer wesentlich effektiveren Nutzung von EEG und fMRT-Messzeit erreicht. So wurde es dadurch möglich, mit beiden Methoden die kortikale Aktivität einer Einzelpulsstimulation noch aufzulösen. Eine wesentliche Voraussetzung für die simultane Kombination beider Verfahren: Aufgrund der sehr verschiedenen Latenzen von elektrophysiologischer (< 1ms) und vaskulärer (SII->ant. Inseln und medialeWand) in Übereinstimmung mit der Literatur (Forss et al., 1996; Mauguiere et al., 1997b) blieb. So ergab die Quellenlokalisation für die Wahlreaktionsaufgabe fünf Dipole innerhalb des Gehirns, welche mittels Koregistrierung den Aktivierungen des primären somatosensorschen Kortex (20 - 140ms), des sekundären somatosensorischen Kortex (50 - 150ms), der beiden anterioren Inseln (80 - 140ms) und des supplementär-motorischen Region (90 - 140ms, 220 - 270ms) aus der funktionellen MRT zugeordnet wurden. Durch einen Vergleich der Aktivierungsmuster von Wahl- und Einfachreaktionsaufgabe jeweils in der Dipol-Quellenanalyse und in der funktionellen MRT konnten weitere Belege dafür gefunden werden, daß, wie in der Literatur postuliert (Romo and Salinas, 2001), der kontralaterale sekundäre somatosensorische Kortex an der Kategorisierung somatosensorischer Stimulusattribute beteiligt ist. So ergab ein Vergleich der Dipolzeitverläufe für Wahl- und Einfachreaktionsaufgabe lediglich für den Dipol im kontralateral somatosensorischen Kortex im Intervall 57-62 ms nach Stimulusapplikation einen signifikant unterschiedlichen Aktivierungsverlauf (p < 0,001). Übereinstimmend zeigte die funktionelle MRT für die Wahlreaktionsaufgabe neben einer stärkeren Aktivierung der SMA eine hochsignifikant stärkere Aktivierung im Areal des kontralateralen sekundären somatosensorischen Kortex (p-cluster < 0,001).

In this study, we have shown that it is feasible to perform dipole source analysis and fMRI based on the same neuronal activity associated with somatosensory categorization. This was possible by reduction of scanner-induced baseline artifact interfering with the ERPs as well as an optimized experimental protocol for interleaved EEG and fMRI acquisition. We consider this study to be a further step toward imaging brain activity simultaneously at high spatial and temporal resolution. Since an event-related protocol with a single brief pulse stimulation paradigm was successfully employed, this approach seems to be suitable for the investigation of cognitive tasks. By further technical improvements also the exploration of brain activity in single subjects might become possible, opening the field of clinical applications. In particular for the characterization of irregular and nonreproducible events, a substantial contribution of combined EEG–fMRI studies toward a more detailed understanding of physiological processes underlying cerebral activations is expected.