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Blood-Oxygenation-Level Dependent Effekt (BOLD-Effekt)


Der Blood-Oxygenation-Level Dependent Effekt – kurz BOLD-Effekt – ist ein in der funktionellen Magnetresonanztomographie benutzter Effekt zur Darstellung der neuronalen Aktivität im menschlichen Gehirn. Man macht sich dabei die magnetische Eigenschaft des Blutfarbstoffs Hämoglobin zunutze. Das oxygenierte Hämoglobins besitzt kein unpaares Elektronenpaar und keinen magnetischen Moment, d. h., es ist diamagnetisch. Das desoxygenierte Hämoglobin hingegen ist paramagnetisch und besitzt unpaare Elektronen und einen signifikanten magnetischen Moment, d. h., es ist stärker magnetisierbar. Der BOLD-Effekt basiert also auf dem O2-Gehalt des Blutes, einem indirekten Indikator für die cortikale Aktivität. Das Verhalten eines Organismus gleicht dabei immer einer Überreaktion, d.h. es wird mehr Oxyhämoglobin angeliefert, als die aktiven Nervenzellen tatsächlich verbrauchen. Das hat zur Folge, dass es im venösen Bereich des Kapillarbettes, in dem normalerweise verbrauchtes Blut, also Deoxyhämoglobin überwiegt, im Umfeld von aktiven Nervenzellen kurzzeitig zu einer Anreicherung mit Oxyhämoglobin kommt. Da Oxyhämoglobin und Deoxyhämoglobin unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, hat die Veränderung des Anteils von Oxyhämoglobin im venösen Blut eine Veränderung der lokalen magnetischen Feldinhomogenität zur Folge, die  durch den fMRT-Scanner detektiert werden kann.

Paramagnetische Substanzen beeinflussen dabei das sie umgebende magnetische Feld, so dass Protonen eine andere Feldstärke erfahren und mit einer anderen Frequenz rotieren, woraus sich ein schnellerer Abfall der Magnetisierung ergibt. Das bedeutet in der funktionellen Magnetresonanztomographie, dass sich ein stärkeres Magnetresonanz-Signal in jenen Bereichen zeigt, in denen das Blut stärker oxygeniert ist. Das ist dann der Fall, wenn aufgrund des hämodynamischen Verlaufes in den aktivierten Regionen es trotz einer erhöhten neuronalen Aktivität und somit auch erhöhten Sauerstoffverbrauches zu einem erhöhten Signal in den Magnetresonanz-Bildern kommt.

Wenn es etwa bei der Betrachtung eines inspirierenden Objektes im Gehirn der Probanden zu einer erhöhten neuronalen Aktivität kommt, die zu mehr Sauerstoffverbrauch in der betreffenden Hirnregion führt, erhöht sich durch die gesteigert Durchblutung die Konzentration von sauerstoffbeladenem Hämoglobin. In der Regel werden dann durch mehrmalige Messwiederholungen mit komplexen statistischen Methoden diese Effekte und somit die Hirnaktivität erst sichtbar gemacht, wobei in der Regel nicht absolute Werte sondern die relative Ausschläge zueinander miteinander verglichen werden.

Literatur

https://flexikon.doccheck.com/de/BOLD-Effekt (19-07-12)
https://de.wikipedia.org/wiki/BOLD-Kontrast (19-07-12)
https://www2.ims.uni-stuttgart.de/sgtutorial/neurorad.html (19-07-12)


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