BOLD-Effekt

1 Definition

Der BOLD-Effekt oder Blood-Oxygenation-Level Dependent Effekt ist ein in der funktionellen Magnetresonanztomographie benutzter Effekt zur Darstellung der neuronalen Aktivität im Gehirn.

2 Grundlagen

Dieser Effekt beruht auf der Eigenschaft des oxygenierten Hämoglobins, welches kein unpaares Elektronenpaar und keinen magnetischen Moment besitzt. Es ist somit diamagnetisch. Das desoxygenierte Hämoglobin hingegen ist paramagnetisch. Es besitzt unpaare Elektronen und einen signifikanten magnetischen Moment. Es ist wesentlich stärker magnetisierbar.

Paramagnetische Substanzen beeinflussen das umgebene magnetische Feld, so dass Protonen eine andere Feldstärke erfahren und mit einer anderen Frequenz rotieren. Hieraus ergibt sich ein schnellerer Abfall der transversalen Magnetisierung.

3 Verwendung in der funktionellen Magnetresonanztomographie

In der funktionellen Magnetresonanztomographie bedeutet dies, dass sich in den T₂*-sensitiven Gewichtungen ein stärkeres Magnetresonanz-Signal in den Bereichen zeigt, in denen das Blut stärker oxygeniert ist.

Auf Grund des hämodynamischen Verlaufes in den aktivierten Regionen kommt es jedoch trotz einer erhöhten neuronalen Aktivität und somit auch erhöhten Sauerstoffverbrauches zu einem erhöhten Signal in Magnetresonanz-Bildern.

4 Hämodynamischer Verlauf des Signals

In den ersten ein bis zwei Sekunden der neuronalen Aktivierung kommt es zu einem Anstieg des desoxygenierten Hämoglobins. Reaktiv steigt der Blutfluss in dieser Region und es kommt so zu einem Überangebot mit oxygeniertem Hämoglobin mit einem Spitzenspiegel nach ca. 4-6 Sekunden. Aus diesem Überangebot resultiert das stärkere Signal in der T₂*- Gewichtung. Auf Grund einer schnellen Blutflussreduktion und einem im Vergleich noch erhöhtem Blutvolumen im venösen System der aktivierten Regionen, kommt es nach dem Ende der neuronalen Aktivität zu einem Unterangebot mit oxygenierten Hämoglobin.