Obere Gliedmaßen: Kontrollmodul entdeckt

23. August 2013
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Als Kontrollmodul für Arm- und Handbewegungen fungieren die beiden oberen Hügel der Vierhügelplatte – eine neuronale Struktur, die das Dach des menschlichen Hirnstamms bildet. Das belegt jetzt eine von Hirnforschern durchgeführte Studie.

Selbst bei vermeintlich einfachen Bewegungen, wie dem Greifen nach einer Kaffeetasse, müssen viele Gehirnareale in einer Funktionsschleife zusammenarbeiten. Besonders relevant sind die neuen Forschungsergebnisse mit Blick auf die hohe Dichte von Netzwerken verschiedenster Funktionen im Hirnstamm. Deren Funktionsstörungen sind unter anderem an der Entstehung von Dystonien, einer Gruppe von neurodegenerativen Bewegungsstörungen beteiligt.

Mit Hilfe der funktionellen Kernspintomographie, kurz fMRT, haben die Hirnforscher die oberen Hügel der Vierhügelplatte gesunder Probanden untersucht. Das in Tübingen entwickelte hochsensitive fMRT-Messprotokoll zeigte eindeutige Signale aktiver Neuronen in den Colliculi Superiores, wenn die Probanden eine Armbewegung ausführten. Damit beweisen die Forscher erstmals, dass die oberen Hügel nicht nur Teil der Verarbeitung visueller Reize und Durchgangsstation von Bewegungsbefehlen für die Augen sind. Sie übernehmen auch eine Funktion als Kontrollmodul für die Bewegungen der oberen Gliedmaßen.

Kontrolle von Bewegungsabläufen besser verstehen

„Da die beiden superioren Colliculi auch Grundlage unserer Fähigkeit sind, sich rasch neuen Objekten zuwenden zu können, mussten wir sichergehen, dass wir auch die richtigen Signale erfassen“, beschreibt Professor Uwe Ilg, Forschungsgruppenleiter am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH), Neurologische Klinik, Universitätsklinikum Tübingen, die Herausforderungen des Versuchsaufbaus. Die Colliculi Superiores „arbeiten“, wie auch zahlreiche andere Hirnareale, kontralateral: Der rechte obere Hügel ist für die visuellen Reize auf der linken Seite des Körpers verantwortlich und der linke Hügel für die entsprechenden Reize im rechten Gesichtsfeld. In ihrer Versuchsanordnung haben die Forscher deshalb die Teilnehmer angewiesen, nach rechts auf ein Objekt zu blicken und nach links auf ein anderes Objekt zu zeigen. „Somit lösten wir die visuelle Stimulation von der ausgeführten Bewegung. Dadurch gelang es uns, die im fMRT sichtbaren Aktivitätsmuster zu unterscheiden. „Eine solche Präzision hatte man bei fMRT-Messungen im Hirnstamm bisher für unmöglich gehalten“, sagt Dr. Marc Himmelbach, Mitglied im Vorstand des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung (HIH), Neurologische Klinik, Universitätsklinikum Tübingen. Überdies ist Himmelbach und Ilg damit auch der Transfer von Ergebnissen aus Studien an nicht-humanen Primaten gelungen. Sie zeigten die Kontrollmodul-Funktion bereits beim Makaken. „Mit diesem Brückenschlag vom Tierversuch in die klinische Praxis zeigen wir außerdem, dass in diesem Fall die gleichen Systeme und Verknüpfungen bei Tier und Menschen vorhanden sind“, so Himmelbach.

Bewegungsstörungen als Folge neurodegenerativer Krankheiten

Mit den motorischen Netzwerken des Mittelhirns werden vor allem die Dystonien in Verbindung gebracht. Diese Bewegungsstörungen zeichnen sich durch Fehlhaltungen und verdrehende Bewegungen von Armen, Händen oder anderen Körperteilen aus. Dystonien sind bisher nicht ursächlich behandelbar. Nach Expertenschätzungen sind in Deutschland bis zu 320.000 Menschen durch Dystonien in ihrem täglichen Leben beeinträchtigt. Eine amerikanische Forschergruppe konnte vor kurzem im Tierexperiment zeigen, dass ein Versagen der Verknüpfung zwischen der schwarzen Substanz des Mittelhirns und der Vierhügelplatte zum Auftreten von Dystonien führt. Die Substantia nigra, wie die schwarze Substanz auch genannt wird, ist auch für das Auftreten der Bewegungsstörungen bei Parkinson verantwortlich. „Wir hoffen mit unserer Grundlagenforschung auch neue Anstöße, zum Beispiel für die weitere Entwicklung der tiefen Hirnstimulation zur Behandlung von Dystonien liefern zu können”, sagt Himmelbach.

Originalpublikation:

Dissociation of reach-related and visual signals in the human superior colliculus
Marc Himmelbach et al.; Neuroimage, doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.05.101, 2013

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