Behavioral neuroimaging with positron emission tomography and magnetic resonance imaging

Zusammenfassung

Veränderungen des regionalen zerebralen Blutflusses (rCBF) bei experimentell kontrollierten psychologischen Aktivierungen können durch die Verwendung von radioaktiv markierten Stoffwechselsubstraten mit der Positronenemissionstomographie (PET) sowie nichtinvasiv mit der funktionellen Kernspintomographie (fKST) gemessen werden. Die PET-Methode erlaubt neben der Erfassung des rCBF die Bestimmung metabolischer Umsatzraten sowie von Dichte- und Bindungsverhältnissen verschiedener Neurorezeptoren bei psychologischen und pharmakologischen Aktivierungen. Im Vergleich zu PET steht mit der fKST ein bildgebendes Verfahren ohne Strahlenbelastung mit höherer anatomischer und zeitlicher Auflösung zur Verfügung, mit dem perfusionsbedingte Signalveränderungen des Gehirns nachgewiesen werden können. Bei psychologischen Aktivierungsstudien wird das Verhalten und Erleben der Probanden durch geeignete experimentelle Versuchsanordnungen gezielt variiert, während sie im Tomographen liegen. Wissenschaftliche Fragestellungen solcher Versuche betreffen z. B. kognitive Konstrukte wie Gedächtnis und Aufmerksamkeit oder emotionale Prozesse. In dieser Übersicht werden die beiden genannten funktionellen Bildgebungsverfahren und die Voraussetzungen für ihren Einsatz in der Forschung beschrieben.

Summary

Changes in regional cerebral blood flow (rCBF) during experimentally modified psychological activation can be measured using radioactive ligands with positron emission tomography (PET) and using magnetic resonance principles with functional magnetic resonance imaging (fMRI). With PET it is possible to determine not only rCBF, but also metabolic changes, as well as the density and binding of several neuroreceptors. This can be done in conjunction with psychological and pharmacological challenge. fMRI is an imaging technique for perfusion-based signal intensities of the brain which does not involve radioactivity and gives better anatomical and temporal resolution than PET. Under appropriate experimental conditions, subjects' behavior and experience can be modified while they are lying in a tomograph. These experiments can be used for the scientific investigation of cognitive constructs such as memory and attention, or emotional processes. In this review, both functional neuroimaging techniques are assessed.