Bewegungskontrolle: Wie unser Gehirn mit unerwarteten Ereignissen umgeht

Forscher haben herausgefunden, dass der motorische Kortex für die Ausführung von korrigierenden Bewegungen als Antwort auf unerwartet und plötzlich veränderte Sinneseindrücke wichtig ist, nicht aber für Bewegungen, die spontan erfolgen.

Beim Menschen können Verletzungen im motorischen Kortex zu einem Verlust der Bewegungskontrolle führen. Prof. Silvia Arber (Universität Basel/FMI) und Dr. Georg Keller (FMI) ist nun gelungen, neue Einblicke in die Funktionsweise des motorischen Kortex zu erhalten.

Bewegungskontrolle bei unerwarteten Ereignissen

Ziel der Studie war es herauszufinden, wie und unter welchen Bedingungen der motorische Kortex für die Kontrolle von Bewegungen benötigt wird. Die Forscher entwickelten eine Methode, mit der sie Mäuse trainieren konnten, sich in einem virtuellen Tunnel zu bewegen. Durch spontanes Drehen auf einem kugelförmigen Laufband konnten die Tiere je nach Erfordernis die Kursrichtung ändern.

Darüber hinaus untersuchten sie, wie die Mäuse auf unerwartete Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren und ihre Bewegungen korrigieren, zum Beispiel, wenn sich die Laufrichtung in der virtuellen Umgebung plötzlich verschiebt. So ließen sich die Bewegungen, welche die Mäuse entweder von selbst spontan ausführten, oder solche, die durch unerwartete visuelle Veränderungen ausgelöst wurden, miteinander vergleichen.

Wie die Wissenschaftler herausfanden, ist der motorische Kortex nur dann für die entsprechende Bewegungssteuerung zuständig, wenn die Bewegung eine Antwort auf die unerwartete Situation darstellt.

Spezifische Aktivitätsmuster im motorischen Kortex

Durch Aufnahmen der neuronalen Aktivität im motorischen Kortex konnten die Forscher zeigen, dass sich die Aktivitätsmuster bei Bewegungen, die als Reaktion auf unerwarteten visuelle Veränderungen auftraten, sich von denen unterschieden, die die Tiere spontan ausführten. Dies untermauert die korrektive Funktion des motorischen Kortex in unerwarteten Situationen, die eine plötzliche Anpassung der Bewegungen erfordern.

“Wir glauben, dass die Erkenntnisse unsere Sichtweise verändern, wie der motorischen Kortex funktioniert. Von der Vorstellung, dass er die Bewegungen ‘einfach’ nur steuert, hin zu einer Rolle, in der der motorische Kortex für die Bewegungskontrolle zuständig ist, wenn die Verarbeitung von Wahrnehmungen im Kortex stattfindet”, sagte Dr. Matthias Heindorf, Erstautor und ehemaliger Doktorand im Labor von Arber und Keller.

Originalpublikation:
Heindorf M et al.: Mouse motor cortex coordinates the behavioral response to unpredicted sensory feedback
Neuron, 23. August 2018