Hirnforschung reloaded: Bis zu 70 Prozent falsch positive Befunde bei funktionellem MRT

Ute Eppinger

Interessenkonflikte

20. Juli 2016

Müssen die vergangenen 20 Jahre der Hirnforschung umgeschrieben werden? Schwedische und britische Medizininformatiker um Dr. Anders Eklund von der Division of Medical Informatics der Linköping University in Schweden haben einen Bug in der Software entdeckt, die funktionelle Magnetresonanztomographie-Aufnahmen analysiert. Sie haben festgestellt, dass die gängigsten Programme sehr viele falsche positive Ergebnisse generiert haben – also eine Aktivität im Gehirn feststellten, wo keine war. Ihre Ergebnisse haben sie in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) veröffentlicht [1]. Für die Diagnostik spielt das Problem jedoch keine Rolle. Patienten sind daher davon nicht betroffen.

 
Patienten sind nicht davon betroffen. Es kann beispielsweise so nicht fälschlich eine MS festgestellt werden, wo keine vorliegt. Prof. Dr. Michael Forsting
 

„Die funktionelle MRT ist jetzt 25 Jahre alt, und es überrascht schon ein wenig, dass die häufigsten statistischen Methoden unter Heranziehung von Echtzeitdaten bislang noch nicht validiert worden sind“, schreiben Eklund und seine Kollegen.

„Es handelt sich um sehr valide Daten“, bewertet Prof. Dr. Michael Forsting, Direktor des Instituts für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Neuroradiologie am UK Essen, die Arbeit. „Die Ergebnisse in den beiden Gruppen müssten gleich sein, allenfalls ist eine Abweichung von plus-minus fünf Prozent zu erwarten. Doch die Abweichungen lagen bei bis zu 70 Prozent. Das ist gelinde gesagt befremdlich“, so Forsting. Die Studienergebnisse stellen damit zwar einen Teil der funktionellen MRT-Untersuchungen (fMRT) infrage: „Ich würde aber nicht so weit gehen, dass dadurch die komplette Hirnforschung der vergangenen 20 Jahre infrage gestellt wird“, sagt Forsting.

Um die Fehlerquote der 3 gängigen verwendeten Software-Pakete zu überprüfen, werteten die Medizininformatiker die MRT-Daten von 499 gesunden Probanden im Ruhezustand aus. Aus diesem Pool generierten sie per Zufall 2 Gruppen und verglichen sie miteinander. Zu ihrer Überraschung waren die Ergebnisse in beiden Gruppen nicht wie zu erwarten gleich, sondern wichen um bis zu 70% voneinander ab.

Schatten auf die Qualität der bisherigen fMRTs

 
Als Konsequenz der Studienergebnisse sollte man sich über die neuronale Verschaltung von Sucht noch einmal Gedanken machen. Prof. Dr. Michael Forsting
 

Die fMRT misst Veränderungen der Gewebsdurchblutung und damit den Sauerstoffgehalt in den verschiedenen Hirnregionen, die durch den Energiebedarf aktiver Nervenzellen verursacht werden. Damit lokalisiert die fMRT innerhalb weniger Sekunden Nervenzellaktivitäten millimetergenau. Sie ermöglicht in Form von Schnittbildserien Einblicke in die Funktionsabläufe des Gehirns, vor allem in die Topografie von kognitiven und emotionalen Vorgängen. Das Gehirn wird dazu in so genannte Voxels eingeteilt, die dreidimensionale Entsprechung eines Pixels, also eines Bildpunktes. Diese Voxels werden dann von einer Statistik-Software zu einem Gesamtbild verarbeitet.

Wie Eklund betont, werfen die Ergebnisse einen Schatten auf die Qualität der bisherigen Untersuchungen. Er schreibt: „Es ist nicht praktikabel diese 40.000 fMRI-Studien nochmals zu machen. Darüber hinaus führt die beklagenswert schlechte Art der Archivierung und des Daten-Sharings dazu, dass die meisten Studien noch nicht einmal re-analyisiert werden können.“

Für die Diagnostik haben die Befunde keine Bedeutung

So relevant die Ergebnisse für die Bewertung der Hirnforschung sind, für die Diagnostik haben sie keine Bedeutung. „Patienten sind nicht davon betroffen. Es kann beispielsweise so nicht fälschlich eine MS festgestellt werden, wo keine vorliegt. Die funktionelle MRT hat mit der eigentlichen Magnetresonanztomographie nichts zu tun“, erklärt Forsting.

 
Ich würde nicht so weit gehen, dass dadurch die komplette Hirnforschung der vergangenen 20 Jahre infrage gestellt wird. Prof. Dr. Michael Forsting
 

Direkte Auswirkungen haben die Ergebnisse aber für die Suchtforschung in der mittels fMRT geprüft wird, welche Kerne im Gehirn beispielsweise bei Glücksspielsüchtigen Menschen aktiviert sind: „Bisherige Befunde zeigen da möglicherweise an den falschen Stellen eine Aktivität an. Als Konsequenz der Studienergebnisse sollte man sich über die neuronale Verschaltung von Sucht noch einmal Gedanken machen“, so Forsting.

Eklund weist auf die Schlüsselrolle hin, die das Daten-Sharing für diese Arbeit gespielt habe: „Da keine Analysemethode perfekt ist und neue Probleme und Einschränkungen sicherlich auch in Zukunft gefunden werden, empfehlen wir allen Autoren, ihre statistischen Resultate und idealerweise ihre kompletten Daten zu sharen. Denn gesharte Daten bieten nicht nur große Chancen für die Methodologie, sie bieten auch die Möglichkeit, Resultate noch einmal aufzugreifen, wenn sich die Methoden Jahre später verbessert haben.“ Ein Daten-Sharing wie von Eklund vorgeschlagen, hält auch Forsting für sinnvoll: „Das wäre sicher hilfreich, weil wir so validere Datensätze bekämen.“

 

REFERENZEN:

1. Eklund A, et al: PNAS vol. 113 no. 28

 

Kommentar

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