Hämodynamische Antwort bei physiologischer und pathophysiologischer neuronaler Aktivität bei simultaner EEG-PASL-BOLD-fMRT Messung

Im EEG korrelierten fMRT findet sich eine BOLD-Signaländerung, deren Grundlagen, v.a. der negativen Signaländerungen, bis heute nicht vollständig verstanden sind. Ein negatives BOLD-Signal kann entweder bei einer Erhöhung des neuronalen Metabolismus ohne für eine positive BOLD-Änderung ausreichende vaskuläre Antwort entstehen oder durch einen verringerten neuronalen Metabolismus, der über die neurovaskuläre Kopplung zu einer Verringerung des Blutflusses führt. Um diese beiden Mechanismen differenzieren zu können, ist eine simultane Messung des Blutflusses (PASL) mit EEG und BOLD-fMRT notwendig.

Wir untersuchten zwei Patienten. Patient 1 litt unter einer fokalen Epilepsie bei bioccipitaler kortikaler Dysplasie und hatte interiktuale generalisierte Spike Waves (GSW) mit occipitalem Maximum. Patient 2 hatte eine Absence-Epilepsie mit typischen GSW. Das EEG wurde simultan innerhalb eines 3T MR-Scanners während der PASL-BOLD-Messung aufgezeichnet. Jede Messung bestand aus zwei Teilen. Im ersten Durchgang hatten die Patienten die Augen geschlossen und im zweiten Durchgang erfolgte eine passive visuelle Stimulation (Schachbrettmuster). Dieses erlaubte uns, die hämodynamische Antwort und den Zusammenhang zwischen Blutfluss (rCBF) und BOLD-Signal in verschiedenen kortikalen Region of Interset (ROI) zu untersuchen: in ROIs, die nur bei visuelle Stimulation oder durch GSW aktiviert wurden oder in deren Überschneidungen.

Die Analyse der MR-Daten erfolgte mit dem Brainvoyager und mithilfe eines selbst geschriebenen Plugins für die Kalkulation des rCBF. In die statistische Analyse gingen die GSW als rapid events und die visuelle Stimulation als Prediktoren ein. ROIs wurden mit einer statistischen Schwelle von p<0,05 (FDR) definiert. Eine zusätzliche ROI wurde bei Überlappung von GSWD-ROI und Stimulus-ROI definiert.

In beiden Patienten fanden sich GSW während der Ableitung, die zu einer negativen BOLD-Siganländerung führten. Die Flussveränderungen waren in diesen ROIs ebenfalls negativ. Unter Stimulation fand sich eine positive BOLD-Antwort in den ROIs.

Aufgrund der Ergebnisse können wir bei den beiden Patienten einen vermehrten Metabolismus ohne suffiziente vaskuläre Antwort annehmen. Die BOLD versus rCBF Antwort lässt jedoch die Vermutung zu, dass es zu einer Abweichung in Assoziation mit GSWD vom bisherigen zugrunde gelegten Modell zur Deoxyhämoglobin-Diffusion bei negativem BOLD kommt.