Neuro-Forschung Trugbilder im Hirnscan

fMRT-Hirnscans liefern oft völlig falsche Ergebnisse, weil Forscher unsauber arbeiten. Tausende Befunde zur Gehirnaktivität könnten wertlos sein.

Von Hanno Charisius

Mehrere tausend Studien, die in den vergangenen Jahren die Aktivität des Gehirns mit funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) vermessen haben, könnten wertlos sein. Zu diesem vernichtenden Urteil kommt der Medizin-Informatiker Anders Eklund von der Universität im schwedischen Linköping. Wissenschaftler haben mutmaßlich die Analysesoftware zur Auswertung der Rohdaten falsch eingesetzt. Nicht die Methode an sich sei das Problem, sondern die falsche Anwendung, betont Eklund, der die Studie zusammen mit seinen Kollegen Thomas Nichols und Hans Knutsson im Fachblatt PNAS veröffentlich hat.

fMRT-Studien wurden in den vergangenen Jahren oft benutzt, um die Hirnaktivität zu erforschen. Es ist ein bildgebendes Verfahren, das Vorgänge im Inneren des Körpers sichtbar macht. Es kann zum Beispiel zeigen, welche Hirnareale beim Lösen einer Aufgabe aktiv sind. In der Diagnostik von Krankheiten oder Verletzungen ist fMRT bislang weniger relevant. Dort wird das verwandte Verfahren MRT (auch als Kernspintomografie bezeichnet) eingesetzt, das Strukturen in höherer Detailtiefe abbilden kann.

Aktivität, wo keine ist

Als das fMRT-Verfahren in den 1990er Jahren neu entwickelt war, zeigten Neurowissenschaftler damit, welche Bereiche im Gehirn etwa für Fingerbewegungen oder Sprechen zuständig sind. Diese älteren Studien stehen durch Eklunds Analyse nicht infrage, sondern viele der neueren, die sich mit Denkvorgängen und Emotionen befassen, weil dabei oft Messdaten von mehreren Probanden zusammengeführt werden. In diesen Fällen liefern die gängigsten drei Softwarepakete zur Rohdatenauswertung bis zu 70 Prozent falsch-positive Signale - sie zeigen Aktivität im Gehirn an, wo in Wirklichkeit keine ist. Dies sei allerdings kein Softwarefehler betont Jens Frahm, der am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen eine Forschungsgruppe leitet, die sich mit Magnetresonanz befasst. Vielmehr werde die Methode zu oft falsch eingesetzt. Denn die Analyseprogramme arbeiten nur dann sinnvoll, wenn eine Reihe von Voraussetzungen erfüllt ist. Diese würden jedoch von den Wissenschaftlern viel zu selten kontrolliert, sagt Frahm. Wenn aber bei der Messung nicht alle Voraussetzungen erfüllt sind, ist die Statistiksoftware nicht in der Lage, brauchbare Ergebnisse auszuspucken.

Bei fMRT-Untersuchungen wird oft die Hirnaktivität von ruhenden Menschen mit der von Probanden verglichen, die eine Aufgabe bewältigen. Eklund hat für seine Untersuchung ältere Messdaten verwendet und mit den gängigen Analyseverfahren jeweils 20 gesunde, ruhende Menschen mit 20 ebenfalls gesunden Ruhenden verglichen. Eigentlich sollten sich bei so einem Vergleich keine Unterschiede zeigen, fünf Prozent Abweichung wären für Forscher noch akzeptabel. Doch Eklund stieß eben auf bis zu 70 Prozent Differenz. Dieses Ergebnis veröffentlichte er erstmals im November 2015 auf einem Internetserver, um es mit anderen Forschern zu diskutieren. Eines der getesteten Analyseprogramme wurde inzwischen angepasst, sodass es bessere Resultate liefert, heißt es in einer Mitteilung der Universität Linköping.

Weil die Methode zu viele falsch positive Befunde produziert, schlägt Eklund ein anderes Analyseverfahren für fMRT-Daten vor, das die Probleme beheben soll. Dieses sei wesentlich rechenintensiver als die bisherige Auswertung, doch sei es ihm gelungen, die dafür notwendige Zeit mit einem normalen Heimcomputer auf zwanzig Tage zu reduzieren. Das sei viel, doch angesichts der für die Messungen investierten Zeit und der Kosten ein vertretbarer Aufwand.

Jens Frahm bezeichnet Eklunds Arbeit als einen "Weckruf" für die Wissenschaftler, die diese Methode verwenden, sich genauer mit deren Eigenheiten zu befassen. Obwohl er zu den ersten zählte, die fMRT in der Forschung benutzt haben, hat er bereits in den vergangenen Jahren "das Vertrauen in die heutigen Analysemethoden verloren".