I Motorische Steuerungsmechanismen – Pathophysiologie motorischer Störungen

Der Forschungsschwerpunkt I beschäftigt sich mit übergeordneten motorischen Steuerungsmechanismen, u.a. Planungsprozessen bei Willkürmotorik, Steuerung von Präzisionsbewegungen, motorischen Antizipationsprozessen sowie der zentralen Repräsentation interner Modelle. Klinische Anwendungen erfolgen bei Patienten mit Bewegungsstörungen, sowie neuerdings bei Risiko-Neugeborenen.

Willkürbewegungen gehen motorische Planungsphasen mit einer zeitlichen Latenz im Sekundenbereich voraus. Diese Planungsphasen sind eingebettet in einen jeweils spezifischen situativen Kontext. So macht es hinsichtlich der erforderlichen motorischen Planungsprozesse einen elementaren Unterschied, ob ein Bewegungsablauf neu „programmiert“ werden muss oder ob es sich um eine erlernte Bewegung handelt, die automatisiert abgerufen wird. Bei erlernten Bewegungen ist es zudem von Einfluss, ob sie stereotyp in einem definierten (statischen) Kontext abgerufen werden oder flexibel an sich dynamisch ändernde situative Bedingungen adaptiert werden müssen. Ferner ist es von Bedeutung, ob der Zeitpunkt des Bewegungsbeginnes selbst (intern) oder von außen (extern) bestimmt wird. Eine besondere Form von motorischer Planung, ist die Antizipation von Handlungskonsequenzen.

Legende: Konsistente individuelle Aktivierungsmuster in der prä-SMA während der Planungsphase vor selbst-initiierten sequentiellen Bewegungen (unveröffentlichte Daten)

Wir haben in Bonn diverse Paradigmen zu motorischen Planungsprozessen entwickelt, welche auf den Zeitverlauf und das Ausmaß der Hirnaktivität (gemessen als BOLD-Signal) vor ballistischen oder sequentiellen Bewegungen abheben. Während sich vor sequentiellen Bewegungen interindividuell gut reproduzierbare Aktivität im mesialen prämotorischen Kortex  nachweisen lässt (siehe Abbildung oben), zeigen Gruppenanalysen eine spezifische Beteiligung der Basalganglien (siehe Abbildung unten) vor selbst-generierten sequentiellen Fingerbewegungen (Boecker et al., Neuroimage, 2008; Jankowski et al., Neuroimage, 2009, in press).  Die Untersuchungen werden aktuell bei Patienten mit Morbus Parkinson und Dystonie durchgeführt und sollen zu einem  besseren Verständnis pathophysiologisch und klinisch relevanter Störungen der Bewegungsplanung beitragen (Erfassung zentraler Defizite der sequentiellen Steuerung und ihrer Kompensation).
Ferner werden event-related fMRT Paradigmen zur Griffkraftsteuerung entwickelt, mit denen reaktive versus antizipatorische motorische Steuerungsmechanismen untersucht werden sollen.

Legende: Aktivitätsmaxima in der Planungsphase vor einer automatisierten Bewegungssequenz: frühe (grün) anteriore und späte (blau) posteriore Basalganglienaktivierung entsprechend einem rostro-kaudalen Funktionsgradienten ("from planning to execution"); Boecker et al., Neuroimage, 2008.