Funktionen von Neuronen und Verbindungen des menschlichen kortikospinalen Systems

• Antragsteller: Dr. Christian Andreas Leukel
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405954557

Ein für die Bewegungssteuerung wichtiger Bereich des Nervensystems ist der primär motorische Kortex und das Rückenmark, die durch den Kortikospinaltrakt und durch Hirnstammbahnen miteinander verbunden sind. Dem primär motorischen Kortex wurde im traditionellen Verständnis die Rolle einer Relaisstation zugesprochen, die Informationen auf Ebene des Gehirns zum Rückenmark und bis zu den Muskeln transportiert. Dieses Bild hat sich auf Basis von Untersuchungen in den letzten Jahren deutlich verändert. Studien, die sich mit den komplexen Netzwerken des motorischen Kortex und seinen Verbindungen zum Rückenmark beschäftigten, fanden heraus, dass diese Strukturen für unterschiedliche Funktionen wichtig sind, zum Beispiel für die Kontrolle von feinkoordinierten Bewegungen, für motorische Entscheidungsprozesse, für die Unterdrückung von Bewegung und für das motorische Lernen. Auf Basis dieser Befunde will das aktuelle Projekt das bis dato gewonnene Wissen vertiefen und auch im Hinblick auf das menschliche Nervensystem ausweiten. Dazu wird bei den geplanten Experimenten eine elektrophysiologische Methode am Menschen appliziert, die aus der kombinierten Applikation von transkranieller Magnetstimulation (TMS) und peripherer Nervenstimulation (PNS) (letzteres den spinalen H-reflex produzierend) besteht. Die Methode erlaubt die nicht-invasive Erfassung der Veränderung neuronaler Aktivität auf drei Ebenen des kortikospinalen Systems, nämlich: i) Der Veränderung von kortikospinalem Input auf Rückenmarksebene, i) der Veränderung der Aktivität von kortikospinalen Neuronen im motorischen Kortex, und iii) der Veränderung der Aktivität von komplexeren Netzwerken des motorischen Kortex. Die zentrale Hypothese der geplanten Untersuchungen lautet, dass diese drei Komponenten unterschiedliche Funktionen aufweisen, im Hinblick auf die Kontrolle feinkoordinierter Bewegungen, bei motorischen Entscheidungsprozessen, und beim motorischen Lernen. Somit wird erwartet, dass die neuronale Aktivität der drei Komponenten selektiv moduliert sein wird, im Zusammenhang mit der Kontrolle der Feinkoordination, bei motorischen Entscheidungsprozessen, und beim motorischen Lernen. Die erwarteten Ergebnisse der geplanten Untersuchungen sollen zu einem verbesserten Verständnis der Funktionen dieser drei Komponenten bei der menschlichen Bewegungskontrolle beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen