Die klassische Karte, wie das menschliche Gehirn Bewegungen kontrolliert, wird aktualisiert.

Die klassische Sichtweise, wie das menschliche Gehirn willkürliche Bewegungen steuert, erzählt möglicherweise nicht die ganze Geschichte.

Diese Karte des primären motorischen Kortex – des motorischen Homunkulus – zeigt, wie diese Gehirnregion in Abschnitte unterteilt ist, die jedem Körperteil zugeordnet sind, der willkürlich kontrolliert werden kann (SN: 16.06.15). Dabei werden Ihre Zehen neben Ihrem Knöchel und Ihr Nacken neben Ihrem Daumen platziert. Der Platz, den jeder Teil im Kortex einnimmt, ist auch proportional dazu, wie viel Kontrolle man über diesen Teil hat. Jeder Finger nimmt beispielsweise mehr Platz ein als ein ganzer Oberschenkel.

Eine neue Karte zeigt, dass es zusätzlich zu den Regionen, die bestimmten Körperteilen gewidmet sind, drei neu entdeckte Bereiche gibt, die integrative Aktionen des gesamten Körpers steuern. Und Darstellungen, wo bestimmte Körperteile auf dieser Karte liegen, sind anders organisiert als bisher angenommen, berichten Forscher vom 19. April in Nature.

Untersuchungen an Affen hatten darauf hingewiesen. „Es gibt eine ganze Kohorte von Menschen, die seit 50 Jahren wissen, dass der Homunkulus nicht ganz richtig ist“, sagt Evan Gordon, Neurowissenschaftler an der Washington University School of Medicine in St. Louis. Aber seit der Pionierarbeit des Neurochirurgen Wilder Penfield in den 1930er-Jahren zur Gehirnkartierung begann, hat der Homunkulus die Vorherrschaft in den Neurowissenschaften inne.

Gordon und seine Kollegen untersuchen synchronisierte Aktivität und Kommunikation zwischen verschiedenen Gehirnregionen. Sie stellten fest, dass einige Stellen im primären motorischen Kortex mit unerwarteten Bereichen verbunden waren, die an der Handlungskontrolle und der Schmerzwahrnehmung beteiligt sind. Da das nicht zur Homunkulus-Karte passte, schrieben sie es aufgrund unvollständiger Daten ab. „Aber wir sahen es immer wieder und es nervte uns immer wieder“, sagt Gordon.

Daher sammelte das Team funktionelle MRT-Daten von Freiwilligen, die verschiedene Aufgaben erledigten.

Zwei Teilnehmer führten einfache Bewegungen aus, etwa nur das Bewegen ihrer Augenbrauen oder Zehen, aber auch komplexe Aufgaben, etwa das gleichzeitige Drehen ihres Handgelenks und das Bewegen ihres Fußes von einer Seite zur anderen.

Die fMRT-Daten zeigten, welche Teile des Gehirns gleichzeitig mit der jeweiligen Aufgabe aktiviert wurden, sodass die Forscher nachvollziehen konnten, welche Regionen funktionell miteinander verbunden waren. Sieben weitere Teilnehmer wurden aufgezeichnet, während sie keine bestimmte Aufgabe erledigten, um zu untersuchen, wie Gehirnbereiche im Ruhezustand kommunizieren.

Das Testen nur einiger weniger Teilnehmer über viele Stunden hinweg bietet einzigartige Einblicke in die neuronale Konnektivität, sagt Gordon. „Wenn wir so viele Daten über Einzelpersonen sammeln, sehen wir ständig Dinge, die den Menschen noch nie zuvor wirklich aufgefallen sind.“

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Das Team entdeckte, dass die Verbindungen zwischen Gehirn und Körperteil zwar vage dem von Penfield entdeckten Muster folgen, der primäre motorische Kortex jedoch in drei verschiedene Abschnitte unterteilt ist. Jedes repräsentiert unterschiedliche Körperregionen: Unterkörper, Rumpf und Arme sowie Kopf.

Innerhalb jedes dieser Abschnitte wird der äußerste Körperteil dieser Region der Mitte dieses Abschnitts zugeordnet. Beispielsweise befinden sich in dem Bereich des primären motorischen Kortex, der dem Unterkörper zugeordnet ist, die Zehen in der Mitte, während andere Beinteile in beide Richtungen strahlenförmig davon ausgehen. Dadurch ist der gesamte Abschnitt folgendermaßen organisiert: Hüfte, Knie, Knöchel, Zehen, Knöchel, Knie, Hüfte.

Das Team fand außerdem unerwartet drei mysteriöse Stellen, die nicht mit einem bestimmten Körperteil in Verbindung standen. Sie werden als Intereffektorregionen bezeichnet und sind mit einem externen Netzwerk verbunden, das an der Handlungssteuerung und der Schmerzwahrnehmung beteiligt ist. Diese Regionen wechseln sich mit Abschnitten ab, die bestimmten Körperteilen gewidmet sind. Das Team vermutet, dass Intereffektorregionen Handlungsziele und Körperbewegungen integrieren können, an denen mehrere Körperteile beteiligt sind, während die Räume dazwischen für präzise Bewegungen isolierter Körperteile genutzt werden.

Anhand früherer Daten aus drei großen fMRT-Studien, die Daten von rund 50.000 Personen umfassen, verifizierte das Team, dass diese Organisation bei einem breiten Personenkreis konsistent war. Ähnliche Muster traten auch in vorhandenen Datensätzen von Makakenaffen, Kindern und klinischen Populationen auf.

„Ich denke, es war einfach leicht, etwas zu übersehen, das ungewöhnlich schien – es muss Lärm sein“, sagt Michael Graziano, ein Neurowissenschaftler an der Princeton University, der nicht an der Forschung beteiligt war. Aber mit Zugriff auf diese riesigen Datensätze „erhält man eine große Anzahl von Themen, und das Muster ist kristallklar, und man kann es nicht ignorieren …“. Das ist wirklich das beste Beispiel, das ich seit langem gesehen habe, als ich Menschen betrachtete und versuchte, auf einer detaillierten Ebene herauszufinden, was eine Organisation ist.“

Gordons Team will nun herausfinden, ob diese Intereffektorregionen bei bestimmten Schmerzarten eine Rolle spielen. Im weiteren Sinne hofft das Team, dass ihre Ergebnisse zu einer eingehenderen Erforschung der Funktionen bestimmter Bereiche des Gehirns führen werden. Mit neuen Techniken und Geräten gebe es noch viel zu entdecken, sagt Gordon. „Brain Mapping ist nicht tot.“