Motornetzwerk im menschlichen Gehirn

Foto: Gehirn

Die Bewegungsplanung und Umsetzung
erfolgt in einem komplexen System aus
unterschiedlichen Hirnarealen;© panther-
media.net/Adriano Rubino

Die Forscher um Ulf Ziemann stimulierten den primären Motorkortex (M1), die Kommandozentrale für Bewegungsabläufe im Gehirn und das supplementär-motorische Areal (SMA). Dieses Areal gibt den Startschuss für den Beginn einer Bewegung. Erzielt haben die Forscher dieses Resultat mit einer transkraniellen Magnetstimulation (TMS). Die gewonnenen Erkenntnisse geben den Wissenschaftlern einen tieferen Einblick in die Fähigkeit des Gehirns, gestörte Verbindungen zu reparieren.

Die Bewegungsplanung und Umsetzung erfolgt in einem komplexen System aus unterschiedlichen Hirnarealen. Sie sind als Motornetzwerke zusammengeschlossen. Der primäre Motorkortex (M1) ist für die Realisierung der Bewegung verantwortlich und nimmt Einfluss auf die Bewegungsrichtung und die Kontraktionskraft. Eine Schlüsselrolle bei der Initiierung von Handbewegungen hat das supplementär-motorische Areal (SMA). „Je komplexer selbstinitiierte Bewegungen sind, desto früher und stärker ist das supplementär-motorische Areal beteiligt“, sagt Ulf Ziemann von der Neurologischen Universitätsklinik Tübingen.

Die Fähigkeit des Nervensystems zu lernen, zeigt sich auf allen Organisationsebenen des Gehirns: in der Nervenzelle, innerhalb von Nervenzellverbänden, innerhalb einzelner Hirnareale und zwischen miteinander verbundenen Hirnregionen. Das Patienten nach einer Hirnschädigung bestimmte Bewegungen wieder erlernen können, liegt an dieser sogenannten Plastizität. „Diese Fähigkeit wollen wir vor allem bei Schlaganfall-Patienten gezielt aktivieren. Sie leiden in vielen Fällen an einer leichten oder unvollständigen Lähmung einer Hand. Wir haben deshalb gezielt, vorerst am gesunden Probanden, die miteinander verbundenen Hirnregionen stimuliert, die für die Bewegung der Hand verantwortlich sind“, erläutert Ziemann die Beweggründe für die Studie.

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) funktioniert nach dem physikalischen Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Durch eine auf den Kopf aufgelegte Reizspule fließt ein kurzer Strompuls, der ein Magnetfeld um die Spule herum induziert. Dieses Magnetfeld wiederum induziert in einem weiteren Konduktor, in diesem Fall der Großhirnrinde, auch Kortex genannt, einen Stromfluss. Dieser führt zur Erregung von Nervenfasern und schließlich Nervenzellverbänden. In der aktuellen Studie verwendeten die Neurowissenschaftler eine gepaarte assoziative Stimulation, kurz PAS. Dieses nicht-invasive Hirnstimulationsprotokoll ermöglicht es, die Funktion des motorischen Systems gezielt zu beeinflussen.

„Wir wissen, aus Ergebnissen der Grundlagenforschung und aus Tierexperimenten, dass eine räumlich und zeitlich verbundene assoziative Reizung eine langfristige bidirektionale Verstärkung oder Abschwächung der synaptischen Signalübertragung zwischen Nervenzellen hervorrufen kann“, sagt Ziemann. Diesen Effekt nennen Neurowissenschaftler Spike-Timing Dependent Plasticity (STDP), oder zeitabhängige Plastizität. STDP ist ein wichtiges Modell für plastische Veränderungen in neuronalen Netzwerken und ein neuronaler Mechanismus für Lernen und adaptive Prozesse im Gehirn.

MEDICA.de; Quelle: Universitätsklinik Tübingen