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Nancy Muschall
Assistentin Methoden- und Entwicklungsgruppen

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Technische Ausstattung

Technische Ausstattung

Magnetresonanz-Tomograph Siemens MAGNETOM Skyra Connectom A

Der Hirnscanner CONNECTOM geht heute an den Start. Als eines von drei Geräten dieser Art weltweit wird er dank seiner einzigartigen Gradientenstärke Auskunft über die innere Verdrahtung des Gehirns geben.

Der Superhirnscanner

12. Dezember 2016

Der Hirnscanner CONNECTOM geht heute an den Start. Als eines von drei Geräten dieser Art weltweit wird er dank seiner einzigartigen Gradientenstärke Auskunft über die innere Verdrahtung des Gehirns geben.

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Im Sommer 2007 wurde am Institut ein neuer Tomograph installiert, dessen Magnet mit einer Öffnung von 60cm Innendurchmesser ein Feld von 7 Tesla produziert – etwa 140.000 Mal so stark wie das Erdfeld. Er ist etwa 3,6 Meter lang und wiegt mehr als 34 Tonnen. Der Kryostat kann mit bis zu 1.750 Litern flüssigem Helium befüllt werden, um die supraleitende Spule aus Niob-Titan-Legierung auf eine Temperatur von 4,2 Grad über dem absoluten Nullpunkt zu kühlen. Zur Abschirmung wird der Magnet innerhalb einer Eisenkabine mit Abmessungen von 10 × 5.7 × 5.7 Metern und einem Gewicht von 362 Tonnen installiert. Dadurch wird das magnetische Streufeld außerhalb der Abschirmung effizient reduziert, so dass die 0,5 Millitesla-Konturlinie vollständig innerhalb des elliptischen Gebäudeteils, der die Anlage enthält, verläuft. Der Tomograph verfügt über zwei Gradienteneinheiten zur Ortskodierung der Signale: ein Ganzkörpersystem, das Gradienten bis zu 45 Millitesla pro Meter entlang jeder der drei kartesischen Achsen innerhalb von 225 Millisekunden erzeugen kann oder alternativ ein Kopfgradientensystem, das innerhalb von 200 Millisekunden 80 Millitesla pro Meter liefert. Die Resonanzfrequenz beträgt bei Experimenten mit Wasserstoff 300 Megahertz. 32 parallele Hochfrequenzkanäle stehen empfangsseitig zur Verfügung. Eine Besonderheit ist die Ausstattung mit einem Array aus 8 unabhängigen Sendekanälen, die ausreichend breitbandig ausgelegt sind, um Experimente mit den meisten biologisch relevanten Kernsorten neben Wasserstoff durchführen zu können.

Magnetresonanz-Tomograph Siemens MAGNETOM 7T

Im Sommer 2007 wurde am Institut ein neuer Tomograph installiert, dessen Magnet mit einer Öffnung von 60cm Innendurchmesser ein Feld von 7 Tesla produziert – etwa 140.000 Mal so stark wie das Erdfeld. Er ist etwa 3,6 Meter lang und wiegt mehr als 34 Tonnen. Der Kryostat kann mit bis zu 1.750 Litern flüssigem Helium befüllt werden, um die supraleitende Spule aus Niob-Titan-Legierung auf eine Temperatur von 4,2 Grad über dem absoluten Nullpunkt zu kühlen. Zur Abschirmung wird der Magnet innerhalb einer Eisenkabine mit Abmessungen von 10 × 5.7 × 5.7 Metern und einem Gewicht von 362 Tonnen installiert. Dadurch wird das magnetische Streufeld außerhalb der Abschirmung effizient reduziert, so dass die 0,5 Millitesla-Konturlinie vollständig innerhalb des elliptischen Gebäudeteils, der die Anlage enthält, verläuft.

Der Tomograph verfügt über zwei Gradienteneinheiten zur Ortskodierung der Signale: ein Ganzkörpersystem, das Gradienten bis zu 45 Millitesla pro Meter entlang jeder der drei kartesischen Achsen innerhalb von 225 Millisekunden erzeugen kann oder alternativ ein Kopfgradientensystem, das innerhalb von 200 Millisekunden 80 Millitesla pro Meter liefert. Die Resonanzfrequenz beträgt bei Experimenten mit Wasserstoff 300 Megahertz. 32 parallele Hochfrequenzkanäle stehen empfangsseitig zur Verfügung. Eine Besonderheit ist die Ausstattung mit einem Array aus 8 unabhängigen Sendekanälen, die ausreichend breitbandig ausgelegt sind, um Experimente mit den meisten biologisch relevanten Kernsorten neben Wasserstoff durchführen zu können.

Magnetresonanz-Tomograph Siemens MAGNETOM Prisma 3T

Foto: © Hans - J. Krumnow, 2011

Magnetresonanz-Tomograph Siemens MAGNETOM Verio 3T

Foto: © Hans - J. Krumnow, 2011
Die MEG-Gruppe verfügt über ein 306-Kanal-Ganzkopf-Gerät der Firma Elekta Neuromag Oy, Helsinki, Finnland. Es verfügt ausserdem über ein integriertes EEG System sowie Einrichtungen zur auditorischen, visuellen und somato-sensorischen Stimulation (mehr technische Daten finden Sie auf der englischen Seite der MEG-Gruppe).

306-Kanal-Ganzkopf-Gerät

Die MEG-Gruppe verfügt über ein 306-Kanal-Ganzkopf-Gerät der Firma Elekta Neuromag Oy, Helsinki, Finnland. Es verfügt ausserdem über ein integriertes EEG System sowie Einrichtungen zur auditorischen, visuellen und somato-sensorischen Stimulation (mehr technische Daten finden Sie auf der englischen Seite der MEG-Gruppe).
Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein Verfahren, bei dem ein Stromimpuls von ca. 5000 Ampère für etwa eine halbe Mikrosenkunde durch ein gut isoliertes, spulenförmig gewundenes Kabel geleitet werden. Dieser kreisartige Stromfluß baut ein Magnetfeld von ca. 3 Telsa auf, was der bei MRT-Untersuchungen eingesetzten Feldstärke entspricht. Nervenzellen werden durch diese extrem starken magnetischen Schwankungen (von 0 auf 3 Tesla und wieder zurück zu 0 innerhalb von weniger als 1 Mikrosekunde) dazu angeregt, ihrerseits Impulse zu erzeugen. Wenn man diese Spule, die relativ klein und leicht ist, an den Kopf des Probanden hält, senden die Nervenzellen, die unmittelbar unterhalb der Auflagestelle liegen, bei jedem TMS-Impuls (i.d.R. 1 pro Sekunde) synchrone Signale. Da dieses gleichzeitige Feuern ganzer Nervenverbände funktionell sinnlos ist, wird die geordnete Informationsverarbeitung in diesem Gehirnteil für den Bruchteil einer Sekunde gestört. Somit kann man "virtuelle Läsionen" setzen, d.h. man simuliert einen Ausfall dieses Gehirnteiles ohne den Probanden zu gefährden. Mit einer gut durchdachten Versuchsanordnung mit richtigem Timing der TMS-Impulse kann man beweisen, ob der anvisierte Bereich des Gehirnes für eine bestimmte Denkaufgabe wichtig ist, da man sich eine Leistungsverschlechterung unter TMS erwarten würde. Um eine optimale Zielgenauigkeit bei der transkraniellen Magnetstimulation zu gewährleisten, werden zuvor gewonnene (funktionelle) MRT-Aufnahmen zur sogenannten Neuronavigation benutzt. Ein Computer vergleicht dabei die Aufnahmen des Gehirn mit dem Kopf des Probanden erleichtert somit eine sehr präzise Positionierung der Spule am Kopf, über dem interessierenden Hirnteil.
Magnetfeldstärke:  0,5 - 3,5 Tesla
Maximale Wiederholungsrate:  50 Hz bei 30% maximaler Geräteleistung  30 Hz bei 50%  18 Hz bei 80%  15 Hz bei 100%
Bei unseren Experimenten kommen überwiegen Stimulationen von 1Hz zum Einsatz, gelegentlich auch kurze Pulsserien von 10Hz. Dauer eines Einzelimpulses: 400µs

Magstim Rapid2 TMS

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein Verfahren, bei dem ein Stromimpuls von ca. 5000 Ampère für etwa eine halbe Mikrosenkunde durch ein gut isoliertes, spulenförmig gewundenes Kabel geleitet werden. Dieser kreisartige Stromfluß baut ein Magnetfeld von ca. 3 Telsa auf, was der bei MRT-Untersuchungen eingesetzten Feldstärke entspricht. Nervenzellen werden durch diese extrem starken magnetischen Schwankungen (von 0 auf 3 Tesla und wieder zurück zu 0 innerhalb von weniger als 1 Mikrosekunde) dazu angeregt, ihrerseits Impulse zu erzeugen. Wenn man diese Spule, die relativ klein und leicht ist, an den Kopf des Probanden hält, senden die Nervenzellen, die unmittelbar unterhalb der Auflagestelle liegen, bei jedem TMS-Impuls (i.d.R. 1 pro Sekunde) synchrone Signale. Da dieses gleichzeitige Feuern ganzer Nervenverbände funktionell sinnlos ist, wird die geordnete Informationsverarbeitung in diesem Gehirnteil für den Bruchteil einer Sekunde gestört. Somit kann man "virtuelle Läsionen" setzen, d.h. man simuliert einen Ausfall dieses Gehirnteiles ohne den Probanden zu gefährden. Mit einer gut durchdachten Versuchsanordnung mit richtigem Timing der TMS-Impulse kann man beweisen, ob der anvisierte Bereich des Gehirnes für eine bestimmte Denkaufgabe wichtig ist, da man sich eine Leistungsverschlechterung unter TMS erwarten würde. Um eine optimale Zielgenauigkeit bei der transkraniellen Magnetstimulation zu gewährleisten, werden zuvor gewonnene (funktionelle) MRT-Aufnahmen zur sogenannten Neuronavigation benutzt. Ein Computer vergleicht dabei die Aufnahmen des Gehirn mit dem Kopf des Probanden erleichtert somit eine sehr präzise Positionierung der Spule am Kopf, über dem interessierenden Hirnteil.

Magnetfeldstärke:
0,5 - 3,5 Tesla

Maximale Wiederholungsrate:
50 Hz bei 30% maximaler Geräteleistung
30 Hz bei 50%
18 Hz bei 80%
15 Hz bei 100%

Bei unseren Experimenten kommen überwiegen Stimulationen von 1Hz zum Einsatz, gelegentlich auch kurze Pulsserien von 10Hz. Dauer eines Einzelimpulses: 400µs



EEG-Labors mit 64 bzw. 96 Ableitekanälen


3-D Digitalisierer zur dreidimensionalen Registrierung von Elektrodenpositionen auf der Kopfoberfläche


Labors für Reaktionszeitexperimente, darunter ein Psychophysik- und ein Pharmalabor


Psychoakustiklabor mit schallisolierter Kammer


Sprachlabor zum Editieren sprachlichen Stimulusmaterials für experimentalpsychologische Untersuchungen


Auswerteraum mit 3 SGI-O2-Workstations


Parallelrechner


Ethernet-LAN mit einem Gigabit-Ethernet-Backbone mit Komponenten der Fa. Extreme Networks (Summit 48, Black Diamond)

Weiterhin gibt es am Institut:

  • EEG-Labors mit 64 bzw. 96 Ableitekanälen

  • 3-D Digitalisierer zur dreidimensionalen Registrierung von Elektrodenpositionen auf der Kopfoberfläche

  • Labors für Reaktionszeitexperimente, darunter ein Psychophysik- und ein Pharmalabor

  • Psychoakustiklabor mit schallisolierter Kammer

  • Sprachlabor zum Editieren sprachlichen Stimulusmaterials für experimentalpsychologische Untersuchungen

  • Auswerteraum mit 3 SGI-O2-Workstations

  • Parallelrechner

  • Ethernet-LAN mit einem Gigabit-Ethernet-Backbone mit Komponenten der Fa. Extreme Networks (Summit 48, Black Diamond)

 
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