Funktionelle Nah-Infrarotspektroskopie (fNIRS)

NIRS ist eine relative junge Methode, die sich die Tatsache zu Nutze macht, dass der Blutsauerstoff (Hämoglobin) Licht absorbiert, um damit kognitive und emotionale Prozesse im Gehirn zu verorten. Um die Konzentration von sauerstoffarmem, "verbrauchten" Blutes (desoxygeniertes Hämoglobin) und "frischem", noch nicht verbrauchten Blutes (oxygeniertes Hämoglobin) zu messen, wird Licht aus dem nah-infraroten Teil des Lichtspektrums in den Cortex gestrahlt. In unmittelbarer Nähe dieser Lichtquelle (ca. 3 cm entfernt) wird dann gemessen, wie viel Licht noch ankommt. Über die Absorption des Lichtes durch das Hämoglobin können also Rückschlüsse auf die Lokalisierung von kognitiven oder emotionalen Prozessen gezogen werden.

Diese Methode kann im Vergleich zur Magnetresonanztomographie ausschließlich Hirnregionen erfassen, die sich bis zu 3 cm unter der Schädeldecke befinden. Deshalb ist es leider nicht möglich, mit ihr das bekannteste Emotionszentrum zu untersuchen, die Amygdala. Sie eignet sich jedoch gut, um eine Region zu untersuchen, die im Zusammenhang mit einer kognitiven Representation der Emotionen diskutiert wird, die Insula, oder den orbitofrontalen Cortex, der mit verstärkenden lerntheoretischen Konzepten der Emotion in Verbindung gebracht wird.

Ferner ist die räumliche Auflösung im Vergleich zum fMRT sehr begrenzt. Auch ist der experimentelle Aufwand mit ca. einer Stunde Vorbereitungszeit zur Anbringung der Optoden im Vergleich zum fMRT sicherlich höher. Dafür ist NIRS relativ nebengeräuscharm und eignet sich deshalb sehr gut zur Untersuchung von Sprache. Die Methode eignet sich auch hervorragend, um sie mit anderen Methoden zu kombinieren. Ereigniskorrelierte Potentiale können beispielsweise problemlos gleichzeitig erhoben und ohne großen methodischen Aufwand ausgewertet werden, da Artefakte durch ein Magnetfeld bei NIRS hinfällig sind. Letztendlich ist NIRS per se nicht schädlicher als das Sonnenlicht, da auch dieses Anteile aus dem nah-infraroten Teil des Lichtspektrums enthält. Aus diesem Grund kann es sogar zur Untersuchung von Neugeborenen verwendet werden.

Im Rahmen des Exzellenzclusters wurde ein Gerät der Firma NIRx angeschafft. Das DYNOT in seiner Standard-Ausführung erlaubt unter Verwendung von 32 Lichtquellen und 32 Detektoren nahezu eine Abdeckung des gesamten Cortex. Bei Verwendung aller Lichtquellen wird hier eine zeitliche Auflösung von 1,9 Hz erreicht. Wird nur eine Quelle verwendet, wird die hämodynamische Antwort noch mit einer Sampling-Frequenz von 70 Hz erfasst. Deshalb ist das Gerät hervorragend geeignet, um den Zeitverlauf der hämodynamischen Antwort zu untersuchen. Die Verwendung zweier Wellenlängen (760 und 830nm) erlaubt die gleichzeitige Erfassung von oxygeniertem und desoxygeniertem Hämoglobin. Deshalb ist es besonders gut geeignet um die Kopplung der hämodynamischen Parameter des Sauerstoffverbrauchs und des dadurch angeregten Blut-Nachschubs zu untersuchen.

Aktuell sind wir dabei, einige Pilot-Studien durchzuführen, um mit dem Gerät möglichst schnell möglichst viele Erfahrungen zu sammeln. Eines der Pilotprojekte erfasst gleichzeitig Augenbewegungen, in einem anderen werden gleichzeitig EEG-Daten erhoben.

Insbesondere Wissenschaftler, die im Rahmen des Clusters tätig sind, sind hiermit herzlich eingeladen, sich mit uns in Verbindung zu setzen, wenn sie beabsichtigen eine NIRS-Studie durchzuführen.