Funktionelle Konnektivität

Das Gehirn ist ein komplexes Netzwerk aus einzelnen Neuronen, die über Synapsen strukturell miteinander verbunden sind. Daurch entsteht eine strukturelle Konnektivität. Allerdings zeigen auch anatomisch voneinander getrennt liegende Hirnregionen, die strukturell keine direkte Verbindung haben, teils zeitsynchrone Aktivitätsmuster als Zeichen einer funktionellen Interaktion. Mittels der fMRT kann zeitabhängig die Aktivität einzelner Hirnregionen auf der Basis des BOLD-Effekts aufgezeichnet und sichtbar gemacht werden. Wenn zwei Hirnregionen eine hohe Korrelation des BOLD-Signals zeigen, also einen ähnlichen Sauerstoffverbrauch haben, ist dies ein Hinweis auf funktionelle Konnektivität zwischen den beiden Regionen. Funktionell verbundene Regionen ergänzen sich gegenseitig bei der Ausführung komplexer kognitiver Vorgänge.

Wenn mehrere Regionen Ähnlichkeiten im Verlauf des BOLD-Signals zeigen, bilden sie ein funktionelles Netzwerk, das zur Durchführung spezifischer neuronaler Funktionen dient. So gibt es beispielsweise visuelle Netzwerke, motorische Netzwerke oder das sogenannte Default Mode Netzwerk, das beispielsweise beim Tagträumen oder bei der Planung zukünftiger Aktivitäten aktiv ist.

Die Analyse funktioneller Konnektivität wird in der Erforschung neurologischer oder psychiatrischer Krankheitsbilder eingesetzt, um für eine Erkrankung spezifische Veränderungen zu finden und darzustellen. Hier können sowohl funktionelle Netzwerke, als auch einzelne funktionelle Verbindungen zwischen zwei Hirnregionen untersucht und zwischen Patienten und Gesunden verglichen werden.

So kann beispielsweise die Wirkung von Medikamenten auf die funktionelle Konnektivität untersucht werden, oder nach spezifischen Biomarkern zur Früherkennung bzw. Diagnostik einiger Krankheitsbilder (z.B. Morbus Alzheimer oder Morbus Parkinson) gesucht werden.

• van den Heuvel et al. Exploring the brain network: A review on resting-state fMRI functional connectivity. European Neuropsychopharmacology (2010) 20, 519-534
• Soldner et al. Strukturelle und funktionelle neuronale Konnektivität bei der Alzheimer-Krankheit. Der Nervenarzt (2012) 83, 878-887.
• Power et al. The Development of Human Functional Brain Networks. Neuron (2010), 67(5), 735-748.
• Buckner et al. The Brain's Default Network. The Year in Cognitive Neuroscience (2008). 1124 (1), 1-38.