Resting-State Network
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LoslegenSynonym: Ruhezustands-Netzwerk
Englisch: resting state network, RSN
Definition
Als Resting-State Network, kurz RSN, bezeichnet man aus mehreren Hirnregionen bestehende neuronale Netzwerke, die im Ruhezustand (= resting-state) funktionelle Konnektivität zeigen. Die so miteinander verknüpften Regionen sind gemeinsam an der Ausführung verschiedener kognitiver Funktionen beteiligt, wie beispielsweise der Verarbeitung von Sinneseindrücken, Gedächtnisfunktionen oder Motorik.
Grundlagen
RSNs basieren methodisch auf der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) im Ruhezustand (wach bei geschlossenen Augen). Genauer gesagt gehen sie auf Korrelationen zwischen Zeitverläufen des BOLD-Signals im niedrigfrequenten Bereich verschiedener Hirnregionen zurück. Über einen Zeitraum von mehreren Minuten wird für unterschiedliche Hirnregionen ("regions of interest") das BOLD-Signal aufgezeichnet. Dieses spiegelt den Sauerstoffverbrauch der jeweiligen Regionen wider. Anschließend werden die so gewonnenen Signale der Regionen miteinander verglichen, z.B. mithilfe der Erstellung einer Korrelationsmatrix. So können Regionen mit ähnlichen Signal-Zeitverläufen identifiziert werden.
Den Resting-State Networks stehen Task-Based Networks (übersetzt etwa: Aufgaben-basierte Netzwerke) gegenüber, die auf fMRT-Aufnahmen während der Durchführung einer spezifischen Aufgabe (z.B. aktives Erinnern, repetitive Bewegung etc.) beruhen. RSNs haben demgegenüber den Vorteil, das mehrere Netzwerke gleichzeitig untersucht werden können. Zudem lassen sich komplexe kognitive Aufgaben teils nur unvollständig im Rahmen von task-based fMRT-Untersuchungen abbilden.
Zu den häufig untersuchten Netzwerken gehören z.B. das Default Mode Network, visuelle Netzwerke, Aufmerksamkeitsnetzwerke oder auditorische Netzwerke.
Geschichte
Die Beobachtung, dass anatomisch getrennte Hirnregionen synchrone Aktivierungs- und Deaktivierungsmuster zeigen, wurde erstmals im Jahr 1995 von Biswal und Kollegen gemacht. Sie fanden heraus, dass Hirnregionen, die mit bestimmten motorischen Prozessen in Verbindung gebracht wurden, auch im Ruhezustand ähnliche Aktivität zeigten. Daraufhin entwickelte sich die Untersuchung von Resting-State Netzwerken zu einem relevanten Forschungszweig in der Hirnforschung.
Klinik
Die Entdeckung von RSNs erlaubt eine detaillierte, nicht-invasive Untersuchung der Funktionsweise des Gehirns über die anatomische Struktur hinaus.
In der Hirnforschung werden RSNs im Kontext verschiedener Krankheiten untersucht. So finden sich zum Beispiel Unterschiede im Aufbau von RSNs bei Patienten mit Krankheitsbildern wie Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson oder Autismus. Es können aber auch andere Charakteristika wie beispielsweise Geschlechterunterschiede oder die Entwicklung der neuronalen Architektur im Alter untersucht werden.
Literatur
- Seitzman et al. The State of Resting State Networks. Top Magn Reson Imaging (2019), 28(4), 189-196.
- Biswal et al. Functional connectivity in the motor cortex of resing human brain using echo-planar mri. Magnetic Resonance in Medicine (1995), 34(4), 537-541.
- Buckner et al. The Brain's Default Network. The Year in Cognitive Neuroscience (2008). 1124 (1), 1-38.
- https://www.sciencedirect.com/topics/psychology/resting-state (Abrufdatum 21.02.2023)
- Hausman et al. The Role of Resting-State Network Functional Connectivity in Cognitive Aging. Front. Aging Neursci. (2020), 12, https://doi.org/10.3389/fnagi.2020.00177