Wie steuert unser Gehirn Bewegungen?

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1 Wie steuert unser Gehirn Bewegungen?

2 Schema der motorischen Kontrolle Kontrollzentren im Gehirn (motorischer Cortex, Basal- Ganglien, Cerebellum) Zentrale Rhythmusgeneratoren im Rückenmark Absteigende Bahnen zum Rückenmark, Pyramidenbahn, Extrapyramidale Bahn sensorische Rückkopplung (sensory feedback) Motoneurone Muskeln Bewegung Sinneszellen

3 Die neuronale Kontrolle von Bewegungen * zielgerichtete Bewegungen erfordern Vorstellungen vom eigenen Körper und Raum ( motorische Intelligenz ) * funktionelle Struktur neuronaler Bewegungskontrolle im gesamten Tierreich trotz unterschiedlicher Bewegungen gleichartig strukturiert * Konzept des Zentralen Mustergenerators (CPG, central pattern generator): Netzwerk von Neuronen, welche intrinsisch (ohne Anstoss von aussen) rhythmisch alternierende Aktivität erzeugen können. - Im Netzwerk kommt reziproke Hemmung vor - es gibt sogenannte Schrittmacherneurone * Zentrale Mustergeneratoren werden durch Neuromodulatoren (die aus anderen Teilen des ZNS kommen) oder durch Eingänge von Sinnesorganen angestossen oder moduliert.

4 A Rhythmische Motorische Aktivität A B B 1s C C Stemmphase

5 Rhythmische Bewegungsmuster * Bewegungen wie Laufen, Rennen, Fliegen, Schwimmen, Kaubewegungen, Atmung etc. werden durch neuronale Netzwerke im ZNS erzeugt und durch sensorische Rückkopplung den Umwelterfordernissen angepasst. * Der grundlegende alternierende Rhythmus wird dabei von einem Netzwerk von Neuronen im ZNS erzeugt (zentraler Mustergenerator, zentrales Programm, Oscillator) * Typischerweise werden nur der Beginn und das Ende der Bewegungsfolge bewusst kontrolliert, während der Ablauf mehr oder weniger automatisiert ist. ein kontinuierlicher Erregungseingang wird in einen rhythmischen Ausgang übersetzt (Brown Half Center Model)

6 Alternierende Rhythmen sind oft das Ergebnis von Zentralen Rhythmusgeneratoren (CPG = Central Pattern Generator) im ZNS:

7 Das lokomotorische Netzwerk im Rückenmark des Neunauges Motorische Aktivität im intakten Neunauge Motorische Aktivität im isolierten Rückenmark after Grillner and coworkers

8 Entwicklung der motorischen Muster bei der Maus Nach Clarac, Pearlstein, Pflieger, Vinay 2003

9 Nach Stevenson und Kutsch

10 Karten im Gehirn: Topographische Organisation Funktionen der linken Hemisphäre Nach Karl Kleist, Funktionen der Großhirnrinde, linke Hemisphäre Nach Karl Kleist,

11 Motorischer Kortex Somatosensorischer Kortex

12 Motorischer Kortex

13

14

15 Motorische Funktionssysteme * prämotorischer Cortex, * primärer motorischer Cortex * primäre somato-sensorischer Cortex (Rinde)

16 Wie steuert unser Gehirn Bewegungen? * Willkür- und Zielbewegungen erfordern corticale Kontrolle primärer motorischer Cortex, supplementäres motorisches Areal, prämotorischer Cortex - Auswahl und Zahl der beteiligten Muskeln - ausgeübte Muskelkraft und zeitliche Modulation - Bewegungsverlauf (Zielrichtung, Geschwindigkeit der Bewegung, Gelenkstellung) * absteigende Bahnen von Corex zum Rückenmark - rubrospinaler Trakt (beginnt im N. ruber des Mittelhirns, der Eingänge vom Cortex und Kleinhirn erhält) - Pyramidenbahn (Zellkörper im primären motorischen Cortex, machen Verbindungen mit Interneuronen im RM welche Arm- und Beinbewegungen steuern) für feine Fingeraufgaben (greifen, anfassen, abtasten) * Basalganglien und Kleinhirn involviert in der motorischen Programmgestaltung, an der Erstellung der Zeitstruktur, an der Feinkontrolle - Basalganglien wirken vorwiegend dämpfend (und lassen nur die vom Cortex beabsichtigten Bewegungen ohne grösseren Hemmunge zu, damit Akzentuierung der gewollten Bewegungen (wirken stabilisierend auf gewollte Bewegungsabläufe) - Kleinhirn wirkt vorwiegend erregend (motorisches Lernen, Feinkorrektur, zeitliche Strukturierung, beteiligt an kognitiven Lernprozessen) (Lernhypothese: macht zeitlich präzise strukturierte Handlungsprogramme)

17 Neue Ideen zum motorischen Cortex: * Weitgehend überlappende Felder (Topographie nicht absolut) * Repräsentation von komplexen, im Verhalten bedeutungsvollen Haltungen (z.b. Hand oder Armstellung) * Bei Reizung einzelner Neurone: Hand führt komplexe Bewegungen aus, die alle zu einem Ziel am Körper geführt werden (z.b. Mund) * Reizung von Neuronen an verschiedenen Orten: Hand endet am gleichen Zielpunkt, aber mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, andere Trajektorie usw. * Topographische Repräsentation der Lokalisationen der Hand im Raum um den Körper Nach: Graziano, Taylor, Moore and Cooke, Neuron 36: (October 2002)

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