forschungsprogramm optische technologien - Baden-Württemberg ...
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Vollständig nicht-invasive Experimente an menschlichen Probanden<br />
zeigen klar eine Beschleunigung der Speckle-Fluktuationen<br />
aufgrund der Stimulation spezifischer Hirnareale. Die<br />
Probanden aktivierten dabei ihre sensorimotorische Hirnrinde<br />
mit Fingerübungen. DWS-Signale zerfallen mit Zeitkonstanten<br />
von ca. 40 µs (Abb. 2). Die Analyse der Daten mit einem 3-Schichten-Modell<br />
für den menschlichen Kopf zeigte, dass der Diffusionskoeffizient<br />
des aktivierten Areals zuverlässig von der Dynamik<br />
in der Kopfhaut und von Änderungen der Absorption der<br />
Hirnrinde aufgrund erhöhter Durchblutung separiert werden<br />
kann (J. Li et al, J. Biomed. Opt. [2005, in press]). Es konnte<br />
gezeigt werden, dass die Diffusionskoeffizienten der Motor-<br />
Rinde in einer Gruppe von 11 Probanden durch motorische<br />
Stimulation signifikant zunehmen, wobei eine starke Asymmetrie<br />
zwischen kontra- und ipsilateraler Stimulation beobachtet<br />
wird, was belegt, dass ein signifikanter Anteil der detektierten<br />
Photonen durch die Hirnrinde gestreut wurde.<br />
Der Ursprung der aktivationsabhängigen Beschleunigung der<br />
Diffusion in der Hirnrinde ist zurzeit noch nicht abschließend<br />
geklärt. Mögliche Ursachen sind die Erhöhung der Blutflussgeschwindigkeit<br />
oder die erhöhte Beweglichkeit von synaptischen<br />
Vesikeln nach Einsetzen der Aktivation. Diese Frage wird<br />
mit einer Kombination von stimulussynchronisierter Detektion<br />
und Protokollen zur Stimulation der visuellen Hirnrinde untersucht,<br />
was Informationen über den zeitlichen Verlauf des kortikalen<br />
Diffusionskoeffizienten kurz nach dem Einsetzen des<br />
Stimulus liefern sollte.<br />
Abb. 2: Reduzierte Intensitäts-Autokorrelationsfunktionen,<br />
gemessen über<br />
der somatomotorischen Hirnrinde<br />
eines rechtshändigen Probanden (J. Li<br />
et al, J. Biomed. Opt. [2005, in press]).<br />
(a) Messungen während der Ruhephase<br />
(Quadrate) bzw. kontralateraler<br />
Stimulation mit einer Fingerübung<br />
(Kreise). Die Stimulation führt zu<br />
einem beschleunigten Zerfall des<br />
DWS-Signals.<br />
(b) DWS-Signale für kontralaterale<br />
Stimulation (Kreise) zerfallen schneller<br />
als für ipsilaterale Stimulation<br />
(Dreiecke) aufgrund stärkerer Aktivation<br />
der Hirnrinde durch kontralaterale<br />
Stimulation.<br />
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