Ob wir nach einer Tasse greifen oder den Kopf drehen: Für jede Bewegung muss das Gehirn Informationen über den Körper und die Umgebung mit der beabsichtigten Handlung verknüpfen. Wie die dafür zuständigen Hirnregionen organisiert sind, ist jedoch noch nicht vollständig geklärt.
Gängige Karten vom Gehirn unterteilen den motorischen Kortex bei Mäusen anhand seiner Verbindungen meist grob in primäre und sekundäre Bereiche. Eine neue Studie des Teams von Silvia Arber am Biozentrum der Universität Basel und am Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research (FMI) zeigt nun gemeinsam mit Forschenden des Allen Institute eine weitaus detailliertere Organisation auf.
Die Forschenden identifizierten 16 klar voneinander abgegrenzte Subregionen mit jeweils charakteristischen Verbindungen zu anderen Teilen des Gehirns. Die neue Karte liefert eine präzisere Grundlage, um zu untersuchen, wie Bewegungen gesteuert werden und wie die Schaltkreise des motorischen Kortex bei Erkrankungen beeinträchtigt sein können.
Kortikaler Bauplan für Bewegungskontrolle
Antonio Falasconi und Harsh Kanodia aus Arbers Team analysierten mit ihren Kolleginnen und Kollegen 547 Experimente. Darin wurde nachverfolgt, wie Signale aus verschiedenen Teilen des motorischen Kortex in andere Hirnregionen gelangen. So konnten die Forschenden Verbindungen zu Bereichen vergleichen, die an Bewegung, Wahrnehmung und Entscheidungsfindung beteiligt sind.
Basierend auf ähnlichen Verbindungsmustern konnte der motorische Kortex in 16 Subregionen unterteilt werden, die in drei Reihen angeordnet sind. Dabei zeigten sich zwei grundlegende Organisationsrichtungen. Von hinten nach vorne verschieben sich die Verbindungen. So liegen hinten die motorischen Regionen, die mit sensorischen Regionen kommunizieren, welche Berührung und Körperhaltung verarbeiten. Vorne befinden sich Regionen, die mit Bereichen für Planung und Entscheidungsfindung verbunden sind. Quer dazu lassen sich die Subregionen grob verschiedenen Körperteilen zuordnen, vom Rumpf und den Gliedmassen bis hin zu Gesicht und Mund.
Das Team überprüfte diese Einteilung anhand einzelner Nervenzellen sowie der im Kortex vorkommenden Zelltypen. Beide Ansätze bestätigten dieselben 16 Subregionen.
Neue Einblicke in die Bewegungssteuerung
Die Forschenden stellten zudem fest, dass der primäre und der sekundäre motorische Kortex koordinierte Signale an den Hirnstamm und das Rückenmark senden. Dies deutet darauf hin, dass beide Bereiche eher parallel arbeiten als in einer strengen Hierarchie, wie bislang häufig angenommen.
«Am faszinierendsten ist die aussergewöhnlich hohe Präzision, mit der die Module des motorischen Kortex mit den nachgeschalteten Regionen interagieren. Zudem kommunizieren die Module mit dem übrigen Kortex nach derselben Verschaltungslogik», sagt Arber.
Eine Referenzkarte für die Hirnforschung
Für die Studie nutzte das Team den «Mouse Brain Atlas» des Allen Institute. Dieser stellt anatomische Referenzdaten und Werkzeuge bereit, mit denen sich Verbindungen im gesamten Gehirn vergleichen lassen. Die neue Karte des motorischen Kortex ist über die Plattform BrainGlobe verfügbar.
«Forschende, die sich mit dem Kortex beschäftigen, verfügen nun über eine leicht zugängliche, einheitliche Karte, mit der sie ihre Daten abgleichen können. Das wird den Fortschritt auf diesem Gebiet beschleunigen», sagt Falasconi.
Die Ergebnisse könnten ausserdem als Grundlage dienen, um die Organisation des motorischen Kortex verschiedener Arten miteinander zu vergleichen – einschliesslich des Menschen.
«Indem wir umfangreiche Datensätze zur Verschaltung und zur zellulären Zusammensetzung des Gehirns zusammengeführt haben, konnten wir einen wertvollen und deutlich präziseren Bauplan des motorischen Kortex aufdecken», sagt Kanodia.
Die Karte könnte schliesslich auch helfen, Erkrankungen zu untersuchen, an denen motorische und frontale Hirnschaltkreise beteiligt sind, etwa amyotrophe Lateralsklerose und frontotemporale Demenz. Sie könnte zeigen, welche Subregionen und Verbindungen dabei besonders anfällig sind.
Der Text beruht auf einer Pressemitteilung vom FMI.
Publikation:
Antonio Falasconi, Harsh Kanodia, Nicholas Lusk, Shenqin Yao, Rui M. Costa, Hongkui Zeng, and Silvia Arber. Projection-defined modules reveal mouse motor cortex architecture. Cell, published online 23 September 2026
Kontakt: Kommunikation