Für MEG müssen die Sensoren mit flüssigem Helium gekühlt werden, um Supraleitfähigkeit zu garantieren. Aus diesem Grund sind die Sensoren, die sogenannten Squids („superconducting quantum interference devices“) in geschlossenen, helmförmigen Apparaturen untergebracht, die an den Kopf angelegt werden.
Die räumliche Auflösung von EEG und MEG hängt von der Anzahl der verwendeten Elektroden bzw. Sensoren ab. Gebräuchlich sind heutzutage beim EEG 64 – 128 Kanäle, beim MEG ca. 256 bis zu 512. Die begrenzende Größe beim EEG ist der zur Verfügung stehende Platz auf dem Schädel, beim MEG die Größe der Sensoren. Wenn man nur an der elektrischen Aktivität in bestimmten Arealen des Gehirns interessiert ist, verwendet man häufig nur wenige, spezifisch über den entsprechenden Orten befestigte EEG-Elektroden. Problematisch ist mit EEG und MEG die Lokalisation von neuronaler Aktivität in tiefen Regionen des Gehirns. Da mit beiden Methoden nur das elektrische bzw. magnetische Feld an der Oberfläche gemessen werden kann, muss die mögliche Quelle (oder die möglichen Quellen) für dieses Feld berechnet werden. Dieses sogenannte „inverse Problem“ hat jedoch in der Regel keine einzelne eindeutige Lösung. Aufgrund von Vorannahmen oder Messungen mit anderen bildgebenden Verfahren (z. B. der fMRT) wird dann die wahrscheinlichste Lösung bestimmt.
Auch wenn das EEG schon Anfang des letzten Jahrhunderts eine bedeutende Rolle in der Hirnforschung gespielt hat und routinemäßig eingesetzt wurde, gab es auch hier in den letzten Jahren methodische Entwicklungen, die zu einer Art Renaissance dieser Methode in der Neuropsychologie geführt haben. Dazu gehören sowohl technische Fortschritte, mit immer mehr und gegenüber den Nervenimpulsen immer empfindlicheren Elektroden, sowie auch enorme Fortschritte in Bezug auf die Analyse der gewonnenen Daten. Letzteres gilt genauso natürlich auch für die oben genannten bildgebenden Verfahren.
Inzwischen gibt es EEG-Systeme zu kaufen, die drahtlos im Feld und auch in Bewegung genutzt werden können, ohne das EEG-Signal maßgeblich zu beeinflussen.
Gehirnstimulation
Neben der Messung von Gehirnfunktionen versuchen Forscher heute auch zunehmend, Gehirnaktivität von außen zu beeinflussen, um etwas über die zugrunde liegenden Mechanismen und die Arbeitsweise des Gehirns zu erfahren. Verbreitete Verfahren sind in der Forschung die transkranielle Magnetstimulation (TMS) und die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS; transcranial direct current stimulation).
Transkranielle Magnetstimulation
Bei der TMS nutzt man die Tatsache, dass durch Stromfluss in einer Spule ein Magnetfeld erzeugt wird. Durch ein sehr schnelles Umschalten der Stromrichtung in der Spule und damit des Magnetfeldes wird wiederum unterhalb der Spule ein schwaches elektrisches Feld erzeugt. Die Stärke dieses elektrischen Feldes reicht aus, um die Nervenfortsätze (Axone) in dessen Bereich zu aktivieren oder zu inhibieren. Ob es zu Aktivierung oder Hemmung kommt, hängt insbesondere von der Stimulationsfrequenz ab – Frequenzen von 5 Hz und höher sind aktivierend, während Frequenzen um 1 Hz oder niedriger inhibierend wirken. TMS kann zum Beispiel genutzt werden, um ganze Hirnareale kurzzeitig ganz auszuschalten. Mit parallel durchgeführten Verhaltensexperimenten kann man dann untersuchen, ob die betreffenden Areale an einer bestimmten Aufgabe oder Funktion beteiligt oder sogar für diese unbedingt notwendig sind. Beide Arten der TMS werden überdies in der Therapie genutzt, um Über- oder Unteraktivierung von Gehirnbereichen zu behandeln (z. B. bei Depression oder Lernstörungen). TMS ist bei sachgerechter Anwendung nicht schmerzhaft oder invasiv. Wird es in der Nähe von Muskeln, z. B. des Gesichts oder des Nackens, angewendet, kann es jedoch zu vorübergehenden Kopf- oder Muskelschmerzen kommen. Auch aus diesem Grund wird TMS zunehmend durch tDCS ersetzt.
Transkranielle Gleichstromstimulation
Bei der tDCS wird über zwei Elektroden auf dem Schädel ein schwaches elektrisches Feld direkt im Gehirn induziert. Dieses elektrische Feld reicht gerade aus, um die elektrische Aktivität an den Synapsen im Gehirn zu verstärken oder abzuschwächen. Die Ströme sind in der Regel allerdings zu schwach, um direkt Nervenimpulse zu induzieren. Deshalb wird tDCS als Methode der Neuromodulation bezeichnet. Vor allem für den Patienten oder Probanden ist diese Methode noch weniger unangenehm als die TMS. Heute ist sie deshalb und wegen der geringen Kosten sowohl in der klinischen Forschung als auch in der Grundlagenforschung sowie in der Therapie weit verbreitet.
Kombination verschiedener Methoden
Strukturelle oder anatomische Daten sind in der Regel eng mit den neurobiologischen Mechanismen kognitiven oder psychologischen Alterns verknüpft. So ist es sehr wahrscheinlich, dass Atrophie im Gehirn Leistungseinbußen hervorruft. Andererseits lassen sich strukturelle Maße in Altersstudien nur schwer direkt mit Verhaltensdaten verknüpfen. Sie zeigen zum Messzeitpunkt das Ergebnis einer längeren oft lebenslangen Entwicklung mit entsprechend zahlreichen internen und externen Einflüssen.
Funktionelle Aktivierungsstudien lassen sich hingegen direkt zum Verhalten in Beziehung setzen und sind damit im Besonderen geeignet für die Untersuchung von funktionellen Reorganisations- und Kompensationsprozessen im alternden Gehirn. Im Unterschied zu strukturellen Methoden fällt es bei funktionellen Messungen allerdings schwer, zwischen neurogenen (biologisches Altern) und psychogenen (verändertes Verhalten) Ursachen zu unterscheiden.
Der Königsweg der neuropsychogerontologischen Forschung besteht heute darin, verschiedene Methoden, zum Beispiel (f) MRT und EEG miteinander zu kombinieren und somit die jeweiligen Vorteile der einzelnen Methoden zu nutzen. Allerdings erhöht dieses Vorgehen auch den Aufwand für die Untersuchenden und die Untersuchten.
Biologisches Altern wird trotz moderner Verfahren in Medizin und Neuropsychologie auch heute noch überwiegend an Tieren untersucht, wie zum Beispiel an Fruchtfliegen (Drosophila) oder Fadenwürmern (Nematoden). Aus Sicht der Forschung betrachtet ist der Vorteil dabei, dass diese Tiere sehr schnelle Generationszyklen haben, also schnell altern. Auch ist ihr Genom bereits sehr gut entschlüsselt und weniger komplex als bei Säugetieren, sodass altersbezogene Gene einfacher identifiziert werden können. Häufig werden auch Mäuse untersucht. Mäuse sind mit dem Menschen näher verwandt und Untersuchungen an Mäusen bieten die Möglichkeit, bestimmte Gene an- oder abzuschalten (Knock-out-Mäuse).
3.4 Zusammenfassung
In der Altersforschung gibt es eine Reihe von methodischen Rahmenbedingungen, die beachtet werden müssen und die über diejenigen bei üblichen neuropsychologischen Studien an Studenten oder jungen Erwachsenen hinausgehen. Besonders längsschnittliche Untersuchungen und Kohortendesigns haben in der Altersforschung eine große Bedeutung. Da der Alterungsprozess über Jahrzehnte von internen (biologischen, genetischen) und externen (Umwelt, Verhalten) Faktoren beeinflusst wird, altert im Prinzip jeder Mensch unterschiedlich. Für diese individuellen Faktoren muss ebenso kontrolliert werden, wie für eventuelle Kohorten- oder Selektionseffekte.
Experimentelle Designs und Testaufgaben müssen an die veränderte Leistungsfähigkeit und das Erfahrungswissen älterer im Vergleich zu jüngeren Probanden angepasst werden, um valide Ergebnisse zu erhalten. Gerade ältere Menschen leiden oft an multiplen Erkrankungen, die neuropsychologische Testergebnisse beeinflussen oder verfälschen können. Auch bei der Anwendung neurowissenschaftlicher Methoden zur Untersuchung des Gehirns müssen Erkrankungen berücksichtigt werden.
Weiterführende Literatur
Leonhart, R. (2008). Psychologische Methodenlehre / Statistik. Ernst Reinhard, München, Basel.
Toga A. W. & Mazziotta J. C. (2002). Brain Mapping: The Methods. Academic Press, San Diego.
3.5 Fragen