Somatomotorische Systeme (IV)

Transkript

1 Somatomotorische Systeme (IV) Dr. Attila Nagy

2 S e n s o M o t o r i s c h e s S y s t e m Struktur Aufgabe Ablauf Zeit Limbischer Ctx subcorticale Motivationsareale sub Frontal Ctx Motivation Plan ( ob ) Ascendierende Systeme Basalganglien Kleinhirn (Vermis/int. Teil) Hirnstamm Interneuron (spinal) Assozations Ctx Thalamus (mot. Kerne) Motorischer Ctx Motoneuron (spinal) Kleinhirn (Hemisphären) Descendierende Systeme Zielmotorik Stützmotorik (Haltung) Spinalmotorik (Reflexe) Programm ( wie ) 50 ms Ausführung 800 ms Sensor (proprio.) (exteroc.) Muskel (Effektor) Länge, Spannung, Position, Gelenkstellung (Körperzustand) Licht, Schall, Temperatur (Umweltreiz) 2

3 Kortex Basal ganglien Thalamus Zerebellum Hirnstamm Sensorische Signale Rückenmark BEWEGUNGEN 3

4 Interne Schleifen über das Zerebellum und die Basalganglien. 1. Das Zerebellum erhält die kortikale Information aus der MI, SI, SMA, PM, 5 und 7 Arealen des Kortex über die Ponskerne des Hirnstamms. Ausserdem erhält das Zerebellum Eingänge von sämtlichen sensorischen Modalitäten. Ausgänge des Kleinhirns sind die motorischen Zentren des Hirnstammes und via den motorischen Thalamus die motorischen Rindenfeldern. 2. Die Basalganglien 4

5 das Kleinhirn (Lernziel: 115) Zerebellum 5

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8 Willentliche Bewegungen und Stützmotorik 8

9 Somatotope Organization im Kleinhirn 9

10 Mikroanatomie des Kleinhirns Purkinje Zellen Moosfasern Kletternfasern Körner Zellen Parallele Fasern 10

11 Hemmende Elementen des Zerebellums (GABA): - Purkinje-Zellen - Korbzellen - Strenzellen - Golgi-Zellen - Lugaro-Zellen Erregende Elementen des Zerebellums: - Moosfasern - Kletterfasern - Körnerzellen - Parallelfasern 11

12 Das zerebelläre Modul 12

13 1. Die Moosfasern terminieren sich an erregenden Körnerzellen 2. Aus Körnerzellen stammen die Parallelfasern die mit mehreren Purkinje-Zellen synaptiseren. 3. Parallelfasern synaptisieren auch mit hemmenden Korbzellen und Sternzellen 4. Korbzellen und Sternzellen synaptisieren mit hemmenden Purkinje-Zellen: Hemmung der Hemmung 5. Eine Kletterfeaser synaptisiert mit einer Purkinje-Zelle komplexe Spikes (multiphasische Entladungen) Golgi-Zelle: Hemmung der Körnerzellen Lugaro-Zellen: Modulation der Golgi-Zellen (Purkinje-Zellen) (Serotonin) 13

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15 Funktionelle Organization des Kelinhirns 1. Archizerebellum (Vestibulozerebellum) Der phylogenetisch älteste Teil setz sich aus Flocculus und Nodulus und auch der Vermis Es wird von vestibulären Zuflüssen dominiert. Die Output-Neurone projizieren diret oder indirekt (durch- n. Fastigii) zu den Vestibularkernen. 2. Paleozerebellum (Spinozerebellum) werden am stärkste von den aufsteigenden Rückenmarksbahnen beeinflusst. Die Koordination von Haltung und Lokomotion erfolgt via N. fastigii, N. emboliforms und globosus im motorischen Zentrum des Nucleus Ruber. 15

16 3. Die lateralen Abschnitte des Zerebellums (Neozerebellum, Pontozerebellum) koordinieren die Zielmotorik. Pontozerebellum wegen der dominierenden Zuflüsse aus den Ponskernen. Die Ponskerne sind Empfangstation von Meldungen aus dem sensomotorischen Präfrontalen und parietalen Assoziationskortex und auch dem visuellen Kortex. Der Nucleus dentatus übermittelt seine Aktivität zu den motorischen Thalamuskernen und zu motorischen Rindenarealen. 16

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18 Archizerebellum (Haltung) 18

19 Archizerebellum Vestibulozerebellum VERMIS Spinale Kernen Fastigium Afferenten und Tr. spinozerebellare Form. reticularis Tr. reticulospinalis med.lat. Deiters Tr. vestibulospinalis Rezeptoren Muskeln Rückenmark 19

20 Paleozerebellum (Koordination der agonist-antagonist Muskeln, Steuerung der Ausführung der Bewegungen 20

21 Paleozerebellum Spinozerebellum Motorische Hirnrinde Ponskerne Rückenmark Afferenten und Tr. spinocerebellaris Pars intermedia Klettern fasern Oliva inf. Thalamus Nucl. interpositus Nucl. ruber Tr. rubrospinalis Tr. corticospinalis Rezeptoren Muskeln Rückenmark 21

22 Neozerebellum (Pontozerebellum) Regelung der schnellen Bewegungen 22

23 Neozerebellum, Pontozerebellum Assoziations Kortex Pars intermedia Motorische Kortex Zerebellum Hemisph. Thalamus Ponskernen Kletternfasern Oliva inf. Nucl. dentatus Nucl. ruber Tr. rubrospinalis Tr. corticospinalis Muskeln Rückenmark 23

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25 Lesionsfolgen des Kleinhirns (Ipsitateralität!!!) - Störung des Gleichgewichts - Schwindel - Nystagmus - Störungen der glatten Folgenbewegungen der Augen - Ataxie - Hypotonie 25

26 - Behinderung der Initialisierung (Intentionstremor) - Koordinationsstörung - Dysmethrie - Störungen bei Gerifen - Disdiadochokinese - Rebound - Störung des Gewichtschätzen - Sternförmiges Gehen 26

27 Charcot-Trias - Nystagmus - Intentionstermor - Skandierende Sprache (Dysarthrie) 27

28 Die Basalganglien (Endhirnkerne) (Lernziel: 116) Die Basalganglien sind Komponenten von parallel angeordneten Funktionsschleifen, die den Thalamus und die Hirnrinde einschliessen. 28

29 Die Basalganglien erhalten von fast allen Rindenfeldern bereits hochverarbeitete Information. Die Schleife führt über den motorischen Thalamus zurück zum frontalen Kortex 29

30 Funktionelle Anatomie Die Basalganglien (Endhirnkerne) Corpus striatum (Striatum) 1. N. caudatus, 2. Putamen 3. Globus pallidus (Pallidum) 4. Substantia nigra, 5. N. subthalamicus, 30

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32 Drei Eingangssysteme zu den Basalganglien: 1) Das kortiko-striatale System: Es ist topographisch organisiert und wirkt über den Neurotransmitter Glutamat exzitatorisch auf Striatum. Die Eingänge kommen aus den Assozationscortices, dem S1 dem primär motorischen Kortex (MI) und dem sekundär motorischen Kortex (MII). 2) Das Nigro-Striatale System: Projektion aus der Substantia nigra in das Striatum. Zellen der Pars compacta der Substantia nigra enthalten 80% des gesamten Dopaminegehaltes des Zentral Nerven Systems 3) Das Thalamo-Striatale System: Die Projektionen stammen aus intralaminaren Kernen des Thalamus (z.b. ncl. centromedianus). 32

33 Die Ausgangssysteme: 1) aus dem Globus pallidus pars interna zu thalamischen Kerngruppen: - N. ventralis-lateralis - N. ventralis-anterior - N. centro-medianus 2) aus der Pars reticulata der Substantia nigra zu thalamischen Kerngruppen: - N. ventralis-lateralis - N. ventralis-anterior - sowie zu den Colliculi superiores. 33

34 Zelltypen im Neostriatum: Mittlere stachelige (Medium spiny) Neurone - Information aus dem Kortex a. GABA + substance P/dynorphin D1 Dopamin Rezeptor b. GABA + encephalin D2 Dopamin Receptor Kolinergische Interneurone (~10%) Striatum (STR) (GP) (ctx) (thal) (SN) p.c. = pars compacta dopamine nigrostriatal pathway p.r. = pars reticulata, ext. = external, int. = internal 1. Direkter Weg ( go ) (D1): ctx STR GPint thal ctx 2. Indirekter Weg ( no-go ) (D2): ctx STR GPext SN GPint thal ctx 3. Hyperdirekter Weg: ctx SN GPint thal ctx 34

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37 Von den VA und VL des Thalamus bis zum Kortex: 1) - skeletomotorischer Weg (MSII, area 6). 2) - okulomotorischer Weg 3) - praefrontaler (assoziativer, kognitiver, limbischer) Weg 37

38 Skeletomotorische Schleife Ursprung: prämotorische, motorische, sensomotorische Rindenareae I. das Putamen, Striatum 2. inneres Pallidumglied (Gpi) 3. motorischer Thalamus (VL) Ziel: motorische Rindenareae 38

39 Okulomotorische Schleife Ursprung: Frontale und parietale Augenfelder des Kortexes Erste Station: N. caudatus Zweite Station: Thalamuskerne Ziel: frontales Augenfeld Die Neurone sind in der Steuerung der Blickmotorik beteiligt. 39

40 Komplexe (assoziative, kognitive) Schleifen Ursprungen 1. dorso-lateraler Präfrontalkortex 2. orbito-frontaler Kortex 3. limbischer Kortex Diese areale spielen wichtige Rolle in 1. langfristiger Aktionsplanung, 2. Motivation 3. Bewegungsantrieb und 4. kognitiven Leistungen 40

41 Die Funktionen der Basalganglien Die Basalganglien handeln um die 1. Organisation der motorischen Vorbereitung und Ausführung. 2. Kognitive Aspekte des Verhaltens und der Motivation Beim Menschen spielen die Basalganglien auch in komplexen mentalen Prozessen, wie kognitive Wahrnehmung, Langzeitplanung, Motivation und Nachdenken auch wichtige Rolle. 41

42 Bei motorischen Aufgaben dienen sie vermutlich der Abstimmung des Muskeltonus für die: - Initiierung und Abbremsen von Bewegungsvorgängen - Haltung und Bewegung (langsame, "rampenförmige" Bewegungen) - Sprache (schnelle Bewegung?) - Okulomotorik - Motivation von Bewegungen (limbisches System) - kognitive Prozesse (Orientierung im Raum) (Die entscheidende Rolle spielt dabei das DOPAMIN-erge Rückkopplungssystem aus der Substantia nigra pars compacta.) 42

43 Hyperkinetische und hypokinetische Störungen 43

44 Bei Erkrankungen der Basalganglien treten motorische Störungen auf Der Morbus Parkinson wird durch einen Untergang von DA Neuronen in der SNc manifestiert. Minussymptome: Akinese, Bradykinese, Maskengesicht, eingeschränkte Blickmotorik Plussymptome: Tremor, Rigor, gebückte Körperstellung 44

45 1) Morbus Parkinson James Parkinson (London, 1817) Die Häufigkeit ist 5% bei Menschen über 60 Jahren. Das klinische Bild ist durch Rigidität, schwache Motorik (Akinesia) und Tremor (Ruhetremor) charakterisiert 45

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47 Normale Substantia nigra Parkinson Lewy-body: aggregierte Alpha-synuclein und andere Proteine Neuromelaninhaltige Dopaminerge Zelle Reduzierte Zahl der dopaminergen Zellen 47

48 Positron Emission Tomography (PET) Control Parkinson s Neuromelaninempfindliche MRI Decreased intensity in Parkinson s substantia nigra 48

49 Deep brain stimulation (DBS) in Morbus Parkinson 49

50 2) (Hemi-)Ballismus Unfreiwillige Aktivierung proximaler Muskeln, die zu Schleuderbewegungen der Extremitäten führt. Grund ist der Ausfall des N. subthalamicus. Die Folge ist im indirekten Weg der Wegfall der GLUTAMAT-vermittelten Förderung auf Zellen des Globus pallidus pars interna. 50

51 3) Huntington Chorea Griechische Chorea (Tanz). Ein hyperkinetisches, hypotones Syndrom, bei dem die langsamen Komponente der Bewegung fehlt. Trotz eine unfreiwillige Hyperaktivität (Veitstanz). Rasche Bewegungen: - der Extremitäten chorea (distal betont) - der Mimik - der Kaumuskulatur (Grimassierung, Schmatzen). Demenz Grund ist die Degeneration striataler Zellen. Die Folge ist der Untergang GABAerger (und Cholinerger) Syteme. 51