Functional 1H MR spectroscopic investigations of pain processing in the human brain

Abstract

Die Regulation der Signalweiterleitung im menschlichen Gehirn durch die wichtigsten inhibitorischen und exzitatorischen Neurotransmitter GABA und Glutamat ist Gegenstand aktueller Forschung, da Veränderungen im Neurotransmitterstoffwechsel als Ursache von Erkrankungen, wie dem chronischen Schmerz, vermutet werden. Die Protonenmagnetresonanzspektroskopie (1H-MRS) ermöglicht es die Metaboliten in vivo und nicht-invasiv zu quantifizieren. Weiterhin wird die funktionelle 1H-MRS (fMRS) zunehmend angewandt, um Aufschluss über die Regulation neurochemischer Hirnprozesse zu erhalten. Vor diesem Hintergrund war ein Ziel der Arbeit mögliche GABA- und Glutamat-Konzentrationsänderungen während der akuten Schmerzstimulation im gesunden Gehirn zu quantifizieren. Ein zweites Ziel bestand in der kombinierten Messung von fMRS und funktioneller MR-Tomographie (fMRT), um zu untersuchen, ob aktivierungsbedingte GABA- und Glutamat-Alterationen mit Änderungen der Blutoxygenierung direkt gekoppelt sind.

The regulation of signal transduction in the human brain by the main inhibitory and excitatory neurotransmitters GABA and glutamate is subject of current research, as alterations in their turnover are being held responsible to cause disease, such as chronic pain. Proton magnetic resonance spectroscopy (1H MRS) enables quantitation of brain metabolites in vivo and non-invasively. Beyond, functional 1H MRS (fMRS) is increasingly used to investigate changes in stimulation-induced metabolite concentrations with the aim to gain knowledge about the regulation of neurochemical processes in the brain. In this context, one major aim of this thesis was to quantify GABA and glutamate concentration level changes during acute heat pain stimulation in the healthy human brain. A second aim was to combine measurements of fMRS and functional MR imaging (fMRI) to investigate whether activation-induced alterations of GABA and glutamate are directly coupled to changes of the blood oxygenation levels.