DocMorris, Erkältungsaktion, Winter

Wie das Gehirn geplante und tatsächliche Bewegung auseinanderhält

Neue Methode ermöglicht getrennte Untersuchung ähnlicher neuronaler Aktivitäten

Lesedauer 2 Minuten, 3 Sekunden, Artikel zuletzt bearbeitet am 23. September 2021
Wie das Gehirn geplante und tatsächliche Bewegung auseinanderhält
Bewegungsplanung und -ausführung entwickeln sich auf unterschiedlichen Zeitskalen. Diese beiden Effekte überlagern sich im Gehirn, können aber durch einen Hochpassfilter wieder separiert werden. Abbildung: AG Diester

#Geplante und #tatsächliche #Bewegungen sind im #Gehirn schwer zu unterscheiden, denn beide äußern sich über sehr ähnliche neuronale Signale. Eine neue #Methode ermöglicht nun, diese Impulse genauer zu differenzieren, und auch nachzuvollziehen, wie eine geplante Bewegung an der unmittelbaren Ausführung gehindert wird. Entwickelt wurde der Ansatz von einem #Forschungsteam um Dr. David Eriksson und Prof. Dr. Ilka Diester vom »#Exzellenzcluster« »BrainLinks – BrainTools« am Institut der »#Biologie Drei« der #Universität Freiburg. Die #Wissenschaftler zeichnen dabei die #Aktivität einzelner #Neuronen von Nagetieren in mehreren motorischen Arealen auf – und zwar während sich die #Tiere frei bewegen. Bisherige Ansätze untersuchten konditionierte Bewegungen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden in der Fachzeitschrift »Nature Communications«.

Planung und Ausführung von Bewegungen entwickeln sich auf unterschiedliche Zeitskalen

»Unsere #Forschung zeigt, dass im sensomotorischen Kortex die neuronalen motorischen Planungsprozesse mit langsamerer Dynamik ablaufen als die bewegungsbezogenen #Reaktionen«, erläutert Diester. Bewegungsplanung und -ausführung entwickeln sich demnach im Gehirn gleichzeitig, aber auf unterschiedlichen Zeitskalen. Während das Ausführen von Bewegungen auf schnellen neuronalen Veränderungen beruht, basieren Bewegungspläne auf langsamen neuronalen Veränderungen. Die langsameren Planungsprozesse werden zudem durch einen Filter an der Weiterleitung an die Muskeln gehindert. Da dieser Filter nur erlaubt, sich schnell ändernde Signale in Bewegungen umzusetzen, führen Planungen nicht unmittelbar und automatisch zu Bewegungen. Diesen Mechanismus können wir mit bestehenden Hypothesen und Schemata in Einklang bringen – und er könnte sogar ein allgemeines Modell für die motorische Kontrolle sein«, prognostiziert Diester.

Optogenetische Simulationen bestätigen Ergebnisse

In ihrer Arbeit separierte das Team die kontinuierliche selbstgesteuerte Planung von ihrer motorischen Ausführung, indem sie für die untersuchten Tiere die Wiederholbarkeit von Bewegungen minimierten – nicht aber die generelle Bewegungsfreiheit der Tiere. Die Erweiterung des Repertoires von unterschiedlichen, nicht stereotypen Bewegungen maximierte die zeitliche Trennung zwischen laufenden Planungs- und Ausführungsprozessen – und somit ihre Beobachtbarkeit. Den Effekt auf die relevanten neuronalen Frequenzen für die Planung und Ausführung erfassten die Wissenschaftler*innen durch Hochpassfilterung und bestätigten ihre Ergebnisse kausal mit optogenetischen Stimulationen.

Der neuartige experimentelle Ansatz ermöglichte zudem zu vergleichen, wie unterschiedliche Arten von Verhalten neuronal verarbeitet werden – etwa das Bewegen des gesamten Körpers und eines Joysticks. Und auch für weitere offene Forschungsfragen kann die Methode neue Einsichten bringen, etwa: Wie Bewegungspläne geändert werden, ohne die laufenden Bewegungen zu beeinträchtigen. »Wir sehen unseren Untersuchungsansatz als ergänzende Methode zu den klassischen, der neues Licht auf die Mechanismen der Bewegungskontrolle werfen kann«, sagt Diester.

Originalpublikation

Eriksson, D., Heiland, M., Schneider, A., Diester, I. (2021): »Distinct dynamics of neuronal activity during concurrent motor planning and execution«. In »Nature Communications«. DOI: 10.1038/s41467-021-25558-8

Fleurop, sag’s mit Blumen
Zurück
Top Thema Gütersloh
Polizei Gütersloh: Fußgängerin von Bus angefahren

Am Samstag, 4. Dezember 2021, um 20.40 Uhr, ereignete sich in Gütersloh ein Verkehrsunfall, bei dem eine Fußgängerin leicht verletzt wurde mehr …
Polizei Gütersloh: Ohne Führerschein gefahren – Pkw kommt von der Fahrbahn ab

Am Samstag, 4. Dezember 2021, kam es gegen 23.35 Uhr zu einem Verkehrsunfall im Ortsteil Loxten bei dem ein 22-jähriger Versmolder verletzt wurde mehr …
Kulturhackathon Gütersloh, OWL, erste Ergebnisse online, dynamischer Prozess

Was aussieht wie ein E-Sport-Event mit lauter Zockern, ist in Wirklichkeit eine Veranstaltung, bei der innovative Projekte gestartet, ungewöhnliche Ideen entwickelt und wichtige Kontakte geknüpft werden mehr …

Technik und Internet in Gütersloh aktuell


Anzeigen: Unternehmen in Gütersloh


LogoLogoLogoLogoLogoLogo
 

Online Marketing Choice AwardSelection Online Competence Excellenceblacksand blacksand inc.
                                                    

© 2001 bis 2021 Christian Schröter AGD