Funktionelle Organisation menschlicher Willkürbewegungen

Ziel des Projekts ist die Untersuchung menschlicher Bewegung. Willentliche Bewegung ist das wichtigste Beispiele für zielgerichtetes menschliches Handeln. Jüngste wissenschaftliche Studien zeigen dass willentliche Bewegung über ein Netzwerk spezialisierter Gehirnareale organisiert ist. Die Aktivität jeder Komponente dieses Netzwerks dürfte durch bestimmte Bewegungsaspekte wie Auswahl aus einem Repertoir, Vorbereitung, oder die Bewegungsausführung begleitende Aufmerksamkeit bedingt werden. Unabängige, systematische Veränderung eben genannter Bewegungsaspekte sollte spezifisch die Aktivität einzelner Komponenten dieses Netzwerks beeinflussen und so deren Funktion in Relation zum veränderten Aspekt offenlegen. Wir wollen deshalb eine Reihe verschiedener Bewegungen graduell abgestufter Komplexität untersuchen. In Weiterführung unserer elektrophysiologischen Studien werden wir die Techniken Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI), Elektroenzephalographie (EEG) und Magnetenzephalographie (MEG) anwenden um jene Gehirnareale zu lokalisieren die bei diesen unterschiedlichen Bewegungen aktiviert werden. Unser besonderes Interesse gilt dem Dorsolateralen Präfrontalen Kortex (DLPFC), der Supplementärmotorischen Area (SMA), dem Präcuneus, sowie Primärem Motor (MI) und Lateralem Prämotor (LPC) Kortex. Im einzelnen lauten unsere Fragestellungen wie folgt: 1. Gehen einseitige Gliederbewegungen die Aufmerksamkeit verlangen mit Aktivität des kontralateralen (gegenüberliegenden) DLPFC einher? Ist ein solcher Effekt von generell grösserer Aktivität des rechten DLPFC bei motorisch-räumlichen Aufgaben begleitet? 2. Ist Aktivierung des vorderen Abschnitts der SMA hemmender Natur, steht in Beziehung zur Art der vorher ausgeführten Bewegung und verhindert deren weitere Ausführung? 3. In welchem Ausmass steigt die Aktivierung der beiden seitlichen (lateralen) motorischen Areale MI und LPC wenn Bewegungen höhere Anforderungen an die Bewegungsvorbereitung stellen? Welches der beiden Areale überwiegt? 4. In welchem Ausmass sind MI und LPC relevant bei der Hemmung von Bewegung? Die Kombination der hohen räumliche Auflösung von fMRI (im Bereich von Millimetern) und der hohen zeitlichen Auflösung von EEG und MEG (im Bereich von Millisekunden) wird es uns ermöglichen die exakte Ausdehnung der relevanten anatomischen Areale und den genauen Zeitverlauf ihrer Aktivierung festzustellen. Unser Projekt wird die Untersuchung von neurologische Patienten mit Läsionen jener Gehirnareale einschliessen deren Funktion in diesem Projekt von Interesse ist. Die Auswahl der Techniken und die Einbeziehung von Patienten erlaubt uns das Zusammenspiel der vielen motorischen Areale zu verstehen und notwendige Funktionen von beiläufigen Mit- Aktivierungen zu unterscheiden. Die Ergebnisse des Projekts werden einen wesentlichen Beitrag zur Aufklärung der anatomischen Substrate und Mechanismen willkürlicher Bewegung in gesunden und kranken Menschen liefern.

Ziel unseres Projekts ist die Untersuchung menschlicher Bewegungen. Für gewöhnlich führen Menschen nicht einzelne, isolierte Bewegungen aus, sondern kombinieren individuelle Bewegungen zu komplexen Bewegungssequenzen. Im Rahmen verschiedener neurologischer Krankheiten kann das mit der Integration der Einzelbewegungen betraute System hierbei auf jeder Stufe versagen, wodurch die Ausführung willentlicher Handlungen gestört wird - um so stärker, je komplexer die betroffene Handlung. Beispielsweise können neurologische Patienten häufig verschiedene einfache Bewegungen wiederholt ausführen, aber nur unter großen Schwierigkeiten zwischen denselben einfachen Bewegungen wechseln. Zum Verständnis der funktionellen Zusammenhänge zwischen den beteiligten motorischen Gehirnarealen untersuchten wir einfache (repetitive) und komplexe Bewegungen in Schlaganfall-Patienten und gesunden Kontrollpersonen mit Hilfe elektrophysiologischer Techniken (EEG, MEG), bildgebender Techniken und neuropsychologischer Tests. Durch Variation des Schwierigkeitsgrades der einzelnen Aufgaben waren wir in der Lage, spezifische Prozesse zu untersuchen, die zur Lösung einer bestimmten Aufgabe nötig waren (z.B., Bewegungseinleitung, Auswahl aus einem Repertoire möglicher Bewegungen, auf Tastempfindungen gerichtete Aufmerksamkeit zur feedback-Kontrolle). Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen: (1) Ein Wechsel der Bewegungsseite geht mit gesteigerter Aktivierung motorischer Areale in der Großhirn-Hemisphäre die der gegenwärtig vorbereiteten Bewegung gegenüber liegt einher. (2) Ausgedehnte Aktivität der linken Hemisphäre nach einem Bewegungswechsel innerhalb derselben Körperhälfte bestätigt Hypothesen zur links-hemisphärischen Prädominanz für die räumlich-zeitliche Organisation willentlicher Bewegungen. (3) Die rechte Hemisphäre spielt eine zentrale Rolle in der motorischen Aktivierung und gerichteten Aufmerksamkeit zur feedback-Kontrolle. Viele ältere Personen leiden an neurologischen Erkrankungen und sind in ihren täglichen Aktivitäten auf die Hilfe anderer angewiesen. Oft sind diese Patienten in ihrer Fähigkeit, unabhängig zu handeln, selbst dann eingeschränkt, wenn ihre intellektuellen Fähigkeiten nicht beeinträchtigt sind. Ein besseres Verständnis der Funktion der mit willentlichen Handlungen befaßten neuronalen Netzwerke in gesunden Personen und Patienten wird für das bessere Verständnis und die gezielte Rehabilitation neurologischer Krankheiten wesentlich sein.