Das Problem bei der Standard-fMRT-Technik: Sie misst die Gehirnaktivität indirekt, indem sie die Zunahme des Blutflusses in Regionen verfolgt, in denen Neuronen plötzlich mehr Sauerstoff verbrauchen. Dieses Signal kann jedoch um 1 Sekunde hinter der neuronalen Aktivität zurückbleiben, was die Zeitauflösung verringert (schnelle Zellen brauchen nur Millisekunden, um sich gegenseitig Nachrichten zu senden).

Prof. Dr. Jang-Yeon Park, ein MRT-Physiker an der privaten Universität Sungkyunkwan in Suwon, Südkorea, machte sich daran, die zeitliche Präzision der fMRT zu verbessern, um die neuronale Aktivität in der Größenordnung von Millisekunden zu verfolgen. Sein Team erreichte dies, indem sie die Software eines Hochintensitäts-MRT-Scanners so änderten, dass er bei der in-vivo-Bildgebung des Gehirns von Mäusen bei 9,4 Tesla alle 5 Millisekunden Daten erfasst – also etwa 8-mal schneller als mit der Standardtechnik – und die von ihnen untersuchten Tiere häufig und wiederholt elektrisch stimuliert wurden. Dies unterdrückt das langsamere Signal durch die Blutoxygenierung, was es letztlich ermöglicht, eine schnellere Gehirnaktivität zu beobachten. Die in-vivo-Spike-Aufzeichnung und Optogenetik bestätigten die hohe Korrelation des beobachteten MRT-Signals mit neuraler Aktivität. Es erfasste auch die sequentielle und schichtspezifische Ausbreitung der neuronalen Aktivität entlang des thalamokortikalen Signalwegs. Der zweidimensionale schnelle Zeilenscan-Ansatz ermöglichte also eine direkte Abbildung der neuronalen Aktivität mit Millisekunden-Präzision unter gleichzeitiger Beibehaltung der hohen räumlichen Auflösung der MRT. Die Forscher nennen ihre Technik „Direct Imaging of Neuronal Activity“ (DIANA).

Diese hochauflösende, direkte Bildgebung der neuronalen Aktivität wird, so meinen die Wissenschaftler, neue Wege in der Gehirnforschung eröffnen, indem sie ein tieferes Verständnis der funktionellen Organisation des Gehirns, einschließlich der zeitlich-räumlichen Dynamik neuronaler Netzwerke, ermöglicht. Unklar ist, auf welcher physiologischen Grundlage die DIANA-Reaktion überhaupt stattfindet und ob sie auch beim Menschen nutzbare Aussagen erlaubt.