Erkennung synchroner Gehirnaktivität in weißen Substanzbahnen im Ruhezustand und unter funktioneller Belastung

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) basierend auf der Blutoxygenierungsniveau-abhängigen (BOLD) Kontrast ist als Neuroimaging-Technik zur Erkennung neuraler Aktivität im Kortex des menschlichen Gehirns gut etabliert. Während die Erkennung und Charakterisierung von BOLD-Signalen sowie ihre elektrophysiologischen und hämodynamischen/metabolischen Ursprünge intensiv im grauen Materie (GM) untersucht wurden, bleibt die Erkennung und Interpretation von BOLD-Signalen in der weißen Materie (WM) umstritten. Wir haben zuvor beobachtet, dass BOLD-Signale im Ruhezustand struktur-spezifische anisotropische zeitliche Korrelationen in der WM aufzeigen und dass externe Stimuli diese Korrelationen verändern und die Visualisierung aufgaben-spezifischer Faserwege ermöglichen, was darauf hindeutet, dass Variationen in den BOLD-Signalen der WM mit neuronaler Aktivität in Zusammenhang stehen. In dieser Studie liefern wir weitere überzeugende Beweise dafür, dass BOLD-Signale in der WM sowohl im Ruhezustand als auch unter funktioneller Belastung neuronale Aktivitäten widerspiegeln. Wir zeigen, dass die BOLD-Signalwellenformen in stimulus-relevanten WM-Wegen synchron mit den angewandten Stimuli sind, jedoch mit unterschiedlichen Zeitverzögerungsgraden, und dass Signale in WM-Wegen eine klare Aufgaben-Spezifität aufweisen. Darüber hinaus zeigen die Fluktuationen der Ruhezustands-Signale in WM-Bahnen signifikante Korrelationen mit spezifischen parzellierten GM-Volumina. Diese Beobachtungen unterstützen die Vorstellung, dass neuronale Aktivitäten ähnlich wie kortikale Antworten in WM-Schaltungen kodiert werden.