Brain mapping

Brain mapping (engl. „Gehirnkartierung“) ist ein Ausdruck aus der Hirnforschung und bezeichnet die Erforschung der strukturellen und funktionellen Organisation des Gehirns mit der Zielsetzung, „Karten“ konkreter Funktionsgebiete zu erstellen.

Funktionelle Eigenschaften (Komponenten der Motorik, Sensorik, Kognition, Perzeption, Gedächtnis) lassen sich ausschließlich in vivo kartieren, während strukturelle Eigenschaften wie Zell-, Axon- oder Dendritenverteilungen u. a. nur post mortem mit geeigneten räumlichen Auflösungen kartierbar sind.

Methoden des Neuroimaging wie Magnetresonanztomografie (MRT, MRI; strukturelle Kartierung in vivo oder post mortem), Positronen-Emissionstomografie (PET), Elektroenzephalografie (EEG), Magnetoenzephalographie (MEG), transkranielle Magnetstimulation (TMS), intra-operative Mikroelektrodenstimulation (funktionelle Kartierung, vgl. auch Wachkraniotomie) werden ergänzt durch Methoden der Neuroanatomie und der Neurophysiologie.

Für sinnvolle Kartierungen müssen komplexe Methodensynergismen (Kartierungstechniken) genutzt werden um Nachteile bezüglich der räumlichen und zeitlichen Auflösungen einzelner Neuroimaging-Verfahren zu kompensieren (Koregistrierung) und schließlich interindividuelle Vergleiche durchzuführen (statistical parametric mapping, SPM).

Kartierung hängt ferner von experimentellen Strategien und psychologischen Paradigmen ab, die immer spezifischere Teilfunktionen untersuchen, die mit geeigneter Neuroimaging-Technik erfasst werden können.

Geschichte

Insbesondere die Großhirnrinde (Cortex cerebri) wurde schon im späten 19. Jahrhundert untersucht und kartiert. Die pseudowissenschaftliche Phrenologie bot dazu aus heutiger Sicht oft bizarr anmutende Lokalisationsmodelle an. Die ersten wissenschaftlichen Untersuchungen wurden von Gustav Theodor Fritsch und Eduard Hitzig an Hunden durchgeführt oder beruhten auf den empirischen Beobachtungen von Hirnverletzten oder Schlaganfallpatienten (z.B. durch Paul Broca). Der klassische Atlas der Großhirnregionen nach histologischen Gesichtspunkten wurde von Korbinian Brodmann 1909 veröffentlicht. Die von ihm eingeführte Nummerierung hat bis heute ihre Gültigkeit behalten, auch weil häufig geweblicher Aufbau und Funktion voneinander ableitbar sind. Die experimentelle Lokalisierung von Hirnfunktionen beim Menschen begann mit den Arbeiten von Wilder Penfield in den 50er Jahren.

Aktuelle Situation

Derzeit werden mit histologischen Methoden (Cytoarchitektur, Immunhistologie, Rezeptorautoradiographie) und mit Hilfe der Bildgebung — Magnetresonanztomographie (MRT), Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Magnetoenzephalographie (MEG) — große Fortschritte im Brain mapping gemacht, andererseits hat sich auch die Erkenntnis durchgesetzt, dass viele Funktionen (z.B. Gedächtnisinhalte) nicht eindeutig lokalisierbar sind, sondern erst durch das Zusammenspiel verschiedener Hirnregionen entstehen.