Elektrophysiologie menschlicher Handlungskontrolle

Um adäquat auf unsere Umwelt zu reagieren, ist es häufig nötig, geplante motorische Aktionen kurzfristig zu unterdrücken. In diesem Forschungsvorhaben soll untersucht werden, wie derlei flexible Handlungskontrolle im menschlichen Gehirn implementiert ist. Im speziellen soll die Rolle rhythmischer neuronaler Aktivität und das interregionale Zusammenspiel von unterschiedlichen Großhirnbereichen dabei geklärt werden. Es wird angenommen, dass ein Netzwerk bestehend aus sensomotorischem Kortex, anteriorem Cingulum und präfrontalem Kortex für die Initiierung motorischer Hemmung relevant ist, während die Interaktion zwischen primärmotorischem, prämotorischem, motorisch cingulärem Kortex und dem supplementären Motorareal zur Aufhebung der motorischen Inhibition beiträgt. Es wird eine synchrone Aktivierung dieser Netzwerke im Alpha Frequenzbereich (um 10 Hz) und im Beta Band (zwischen 13 und 20 Hz) erwartet. Ein Fokus dieses Projekts wird auf der genauen zeitlichen Entwicklung der Kommunikation innerhalb und zwischen den beschriebenen Netzwerken liegen. Als Methode wird die Elektroenzephalographie (EEG), also die nicht-invasive Messung elektrischer Hirnaktivität, dienen und dabei im Speziellen die Analyse transienter Phasenkopplung und lokaler Amplitudenveränderungen von ausgewählten Hirnrhythmen. Als Erkenntnis aus dem Forschungsvorhaben ist zu erwarten, dass genaueres Wissen über die elektrophysiologische Basis adaptiver, flexibler Handlungskontrolle gewonnen wird, welches in weiterer Folge zum Beispiel relevant für das Verständnis bestimmter neurologischer und psychiatrischer Störungsbilder sein kann, oder im Feld der künstlichen Intelligenz im Bereich der Handlungssteuerung umgesetzt werden könnte.

Ebenso wichtig wie die Ausfuehrung motorischer Handlung ist die adequate Unterdrueckung dieser, wenn es die Situation verlangt. Nimmt man zum Beispiel ueblicherweise den Loeffel zur Hand und beginnt zu essen, nachdem eine Suppe serviert wird, ist es noetig, dieses Verhalten zu unterdruecken, wenn der Kellner den Hinweis gibt, dass die Suppe noch sehr heiß ist. In diesem Projekt wurde untersucht, wies die effiziente und Kontext-abhaengige Unterdrueckung (Inhibition) motorischer Handlungen im menschlichen Gehirn implementiert ist. Die Ergebnisse einer Reihe von Experimenten hat ergeben, dass rhythmische Hirnaktivitaet mit etwa 10 Schwingungen pro Sekunde (die sogenannte Alpha Aktivitaet) relevant fuer die Unterdrueckung von Verhalten ist. Wohingegen sehr kurzfristige Inhibition motorischer Handlungen eine Erhoehung der Alpha Aktivitaet in rechts frontalen Hirnbereichen erfordert, scheint lang anhaltende Verhaltenskontrolle durch hohe Alpha Wellen in zentralen, motorischen Hirnarealen reflektiert zu werden. Diese spiegelt das laengerfristige Drosseln motorischer Aktivitaet wider. Wird in einer lang anhaltenden Phase motorischer Inhibition jedoch durch ein Aendern des Kontexts die Ausfuehrung einer Bewegung verlangt, kommt es zu transienter Aktivierung eines fronto-zentralen Netzwerks, das den sogenannten Anterioren Cingulaeren Kortex und die motorischen Hirnareale umfasst. Diese Studien geben bessern Aufschluss darueber, wie das menschliche Gehirn Verhalten kontrolliert. Dieses Verstaendnis ist von besonderer Bedeutung, um Ursachen von psychiatrische und neurologische Stoerungen, wo ein Defizit an Handlungskontrolle (etwa Tourette Syndrom, Dystonie oder Aufmerksamkeits Defizit Hyperaktivitaetsstoerung) vorliegt, nachvollziehen zu koennen.