NIRS

Seit 2022 hat unser Lehr­stuhl die Möglichkeit, Hirnprozesse mittels funktioneller Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS oder fNIRS) zu messen. Die Deutsche Forschungs­gemeinschaft und die Universität Mannheim bzw. das Land BW haben die Anschaffung des Geräts gefördert.

Unter fNIRS versteht man eine Methode zur Messung von Blutflussänderungen in den peripheren Gehirnregionen. In der Forschung wird sie derzeit eingesetzt, um zerebrale Funktionen während bestimmter Aktivitäten, wie z.B. emotionale Prozesse, Lernprozesse oder Wahrnehmung, zu beobachten und zu messen.

Die Verwendung von fNIRS hat gegenüber anderen bildgebenden Verfahren, wie z.B. der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT), viele Vorteile. So ist die Methode nicht invasiv, da nicht direkt in Gewebe eingegriffen wird, sicher und leicht anwendbar.

Zudem sind fNIRS-Messungen nahezu geräuschlos und können im Sitzen stattfinden; gleichzeitig gibt es nur wenige Ausschlusskriterien. Diese Eigenschaften tragen zu einem natürlichen und angstfreien Setting bei, das für alle Personen­gruppen – auch für Säuglinge und Kinder – geeignet ist.

Hier am Lehr­stuhl für Biologische und Klinische Psychologie und Psychotherapie verwenden wir fNIRS beispielsweise, um Gehirnprozesse bei der Verarbeitung unter­schiedlicher Reize im Rahmen von Angststörungen und Posttraumatischen Belastungs­störungen sichtbar zu machen und besser zu verstehen. Insbesondere verwenden wir fNIRS zur Unter­suchung multisensorischer Prozesse (z.B. visuelle & auditorische Reize), da hier die geräuschlose Messung besonders vorteilhaft gegenüber anderen Verfahren ist.

In einigen Studien verwenden wir beispielsweise fNIRS, um Gehirnaktivität in bestimmten Hirnregionen während verschiedener Bewusstseinszustände zu messen. In anderen Studien unter­suchen wir mithilfe dieses Verfahrens die Reaktionen auf emotionale Bilder und Geräusche sowie die multisensorischen Interaktionen zwischen den verschiedenen Modalitäten. Ein weiterer Fokus in unserem Labor liegt auf der Betrachtung phobierelevanter Reize, wie zum Beispiel Spinnen, um zu verstehen, wie das Gehirn auf angstauslösende Stimuli reagiert und welche neuronalen Muster dabei aktiviert werden.

Aktuelle Möglichkeiten zur Teilnahme an Studien finden Sie auf unserer Homepage unter „Studien“. Sie können sich zudem in unseren E-Mail-Verteiler eintragen, um regelmäßig per Mail aktuelle Informationen zu neuen laufenden Studien am Lehr­stuhl für Biologische und Klinische Psychologie und Psychotherapie zu erhalten.

Unsere Forschung zeichnet sich des Weiteren durch eine Vielzahl an Kooperationen mit verschiedenen Universitäten und Einrichtungen innerhalb von Deutschland und international aus. Eine Liste mit diesen Kooperationen finden Sie auf unserer Homepage unter „Kooperationen“. Wenn Sie Interesse an einer Forschungs­kooperation mit uns haben, würden wir uns freuen, wenn Sie sich direkt an uns wenden.

Ein NIRS-Gerät besteht aus zwei Arten von Optoden; Dioden und Fotodetektoren. Die Dioden strahlen Nah-Infrarotlicht in das Gehirngewebe. Ist eine Hirnregion gerade aktiv, benötigt sie mehr Sauerstoff, d.h. es fließt auch mehr Blut hindurch. Dies bedeutet, dass mehr Licht absorbiert und weniger Licht reflektiert wird. Gleichzeitig verändert das Hämoglobin auch durch Abgabe von Sauerstoff-Atomen seine Farbe. Dadurch verändert sich wiederum, welche Wellenlängen des Lichts absorbiert und welche reflektiert werden.

Die reflektierten Wellenlängen, deren Eigenschaften sich somit auf dem Weg verändert haben, werden von den Fotodetektoren wieder aufgefangen und gemessen. So lassen sich aktive Hirnregionen sichtbar machen.

NIRS-Messungen sind schmerzlos, haben keine Neben­wirkungen und zeichnen sich grundsätzlich durch eine geringe Anzahl an Ausschlusskriterien aus. Es kann allerdings durch bestimmte Gegebenheiten zu Störungen im Signal kommen, welche die Messung erheblich erschweren. So kann es sein, dass durch bestimmte Haarstrukturen wie z.B. besonders dickes, lockiges und/oder dunkles Haar, die Optoden nicht richtig auf der Kopfhaut aufliegen können und somit das Nah-Infrarotlicht nicht in die gewünschten Gehirnregionen vordringen kann. In manchen Fällen müssen aus diesem Grund Probanden von Messungen ausgeschlossen werden. Je nach Forschungs­frage ist es außerdem wichtig, krankheitsrelevante Informationen der Probanden zu erfassen, da bestimmte Medikamente und/oder neuronale Konditionen die Gehirnaktivitäten und Signale beeinflussen können.

Unser Lehr­stuhl setzt das Modell NIRScout Extended Plus von NIRx Medical Technologies ein, das uns eine flexible und vielseitige Konfiguration der Optoden ermöglicht. Dieses System erlaubt außerdem den Einsatz von Short Channels, wodurch Störsignale nahe der Kopfhaut erfasst und in der Datenanalyse herausgerechnet werden können, was die Messgenauigkeit deutlich erhöht.

Darüber hinaus unter­stützt das Gerät den Einsatz verschiedener Diodentypen, die neben Hämoglobin auch andere Chromophore wie beispielsweise Zytochrom-C-Oxidase messen können.

Das NIRScout Extended Plus ist ideal für multimodale Messungen geeignet, da es mit Magnetresonanztomographie und Trans­kranieller Magnetstimulation kompatible Optoden besitzt und problemlos mit Elektroenzephalographie sowie Virtual Reality kombiniert werden kann. Das System zeichnet sich auch durch eine hohe Datenqualität und schnelle Installation aus.

Zudem verfügt die zugehörige NIRSCap über Hauben in verschiedenen Größen, was eine optimale Anpassung an unter­schiedliche Kopfgrößen sicherstellt.