Was genau steuert unsere Bewegungen?
Das motorische System erstreckt sich über das gesamte Nervensystem unseres Körpers. Es gibt dabei drei Arten von Netzwerken, die miteinander verbunden sind und unsere Bewegung steuern. Zum einen sind es die Nervenzellnetzwerke im Rückenmark. Diese sind für das Ausführen von Bewegungen zuständig. Im Gehirn befinden sich die Netzwerke, die für die Planung der Bewegung verantwortlich sind. Und zwischen dem Planungszentrum im Gehirn und den ausführenden Netzwerken im Rückenmark liegt das Zentrum, das die Auswahl unserer Bewegungen vornimmt. Diese Regionen liegen im Hirnstamm. Diese drei Netzwerke gemeinsam steuern unsere Bewegungen.

Wie sehen Nervenzellen aus?
Nervenzellen sind anders als andere Zellen in unserem Körper. Sie haben lange Fortsätze, sogenannte Axone, mit denen sie Informationen über weite Strecken in unserem Körper leiten und so miteinander kommunizieren. Die Enden der Axone treffen dann auf Empfangsstationen, sogenannte Dendriten. Mit dieser Art der Kommunikation können Zellen Informationen von anderen Zellen empfangen. Über Kontaktstellen, den Synapsen, leiten die Nervenzellen Informationen an andere Nervenzellen weiter.

Wie genau werden unsere Muskeln in Bewegung gesetzt?
In unserem Rückenmark liegen die sogenannten Motoneuronen, die unseren Muskeln den Befehl geben, sich zusammen zu ziehen. Jedes einzelne Motoneuron steuert über eine direkte Verbindung jeweils einen Muskel an. Die Motoneuronen selbst sind in Pools bzw. Netzwerken organisiert. Die einzelnen Bewegungen liegen dabei komplexen Abläufe zugrunde. Beim Laufen beispielweise werden nicht nur den Muskeln in den Beinen Signale geschickt, sondern parallel dazu immer auch den Muskeln im gegenüberliegenden Arm. Das stabilisiert den Körper beim Laufen und verbessert unsere Balance. Diese alternierende Bewegung von Arm und Bein ist bei uns Menschen sowie vielen Tierarten ähnlich.

Was passiert bei einer Rückenmarksverletzung?
Bei einer Rückenmarksverletzung ist an einer bestimmten Stelle der Informationsfluss vom Gehirn zum Rückenmark unterbrochen. Obwohl also die Verbindungen vom Rückenmark zum Muskel an sich noch vorhanden sind, können trotzdem keine Bewegungen mehr ausgeführt werden, weil die Befehle vom Gehirn nicht im Rückenmark ankommen.

Könnten wir solche Befehle aus dem Gehirn simulieren und die Bewegung künstlich erzeugen?
Dazu muss man verstehen, wie das Rückenmark seine Befehle zur Bewegung erhält. Wir haben uns in unserer Forschung die Kommunikation zwischen Hirnstamm und Rückenmark genauer angeschaut, um zu verstehen, welche Nervenzellen für welche Befehle zuständig sind. Es zeigte sich, dass auch die Nervenzellen im Hirnstamm, die den Netzwerken im Rückenmark und den Motoneuronen Befehle geben, sehr gut organisiert sind. So sind einige Regionen im Hirnstamm vor allem mit Nervenzellen besetzt, die überwiegend mit den Netzwerken für die Arme verbunden sind und andere, die vor allem Netzwerke der Beinkontrolle ansteuern. 

Wie kann dieses Wissen angewendet werden?
Zum Beispiel bei der Behandlung von Parkinson. Mit der sogenannten Tiefenhirnstimulation ist es bereits heute möglich, bestimmte Bereiche im Hirnstamm zu stimulieren und so gezielt Bewegungen von Armen oder Beinen zu verbessern. Wenn wir die Nervenzellnetzwerke im Hirnstamm in Zukunft noch besser zuordnen können, kann man solche Befehle vielleicht auch noch spezifischer auslösen und möglicherweise auch die Motorik bei Rückenmarksverletzungen verbessern.

Forschungsgruppe Silvia Arber