Wenn wir nach einer Kaffeetasse greifen, ist die entsprechende Bewegung nicht jedes Mal genau die gleiche. Ein neurowissenschaftliches Team der Universität Freiburg (Unifr) hat gezeigt, dass diese Variabilität auf Nervenzellen beruht, mit deren Hilfe das Hirn jede Bewegung einzeln korrigiert. Die in der Fachzeitschrift «Current Biology»  veröffentlichten Ergebnisse weisen darauf hin, dass diese Nervenzellen als «optimale Einschätzer» des Hirns fungieren, indem sie reale Empfindungen mit eigenen Vorhersagen kombinieren. Sind sie inaktiv, bleiben die Bewegungen zwar präzise, doch ihr Ablauf wird zunehmend stereotyp.

Versuchen Sie, hundert Mal nach derselben Tasse zu greifen: Der Weg, den Ihre Hand beschreibt, wird nicht zwei Mal derselbe sein. Diese Schwankungen haben nichts mit Ungeschicklichkeit zu tun. Sie zeigen vielmehr, dass unser Hirn unsere Bewegungen ständig anpasst. Zu verdanken ist dies der Propriozeption – jenem «sechsten Sinn», der uns über die Lage unseres Körpers im Raum informiert, ohne dass wir hinschauen müssten. Doch welche Nervenzellen führen diese Arbeit aus – und wie gehen sie dabei vor? Um dies herauszufinden, hat ein neurowissenschaftliches Team der Unifr die Bewegungen von Mäusen untersucht, bei denen zuvor eine kleine Gruppe propriozeptiver Neuronen ausgeschaltet wurde.

Ein wichtiger, aber noch wenig verstandener Sinn
Jede einzelne unserer Bewegungen beruht auf dem Feedback, das wir von Sensoren in unseren Muskeln, Sehnen und Gelenken erhalten. Diese Propriozeptoren melden dem Hirn, wo sich unser Körper befindet und wie er sich bewegt. Wir wissen, dass diese Informationen zum somatosensorischen Kortex gelangen – einer Schlüsselregion im Gehirn. Wie der Kortex sie nutzt, um Bewegungen zu steuern, statt sie lediglich wahrzunehmen, ist allerdings noch unklar. «Wir wollten verstehen, was die propriozeptiven Neuronen konkret für unsere Gestik tun», erklärt Prof. Dr. Mario Prsa. «Deshalb haben wir unter die Lupe genommen, was mit Bewegungen passiert, wenn diese Zellen aus dem somatosensorischen Kortex entfernt wurden.»

Weniger Zellen, zunehmend stereotype Bewegungen
Die Forschenden der UNIFR untersuchten Mäuse, die darauf trainiert waren, nach Wassertropfen zu greifen. Hierzu nahmen sie deren Bewegungen mit Hochgeschwindigkeitskameras auf. Mithilfe von Zwei-Photonen-Mikroskopie identifizierten sie danach individuell propriozeptive Neuronen. Es gelang ihnen, diese einzeln zu eliminieren, indem sie einen eng fokussierten Laserstrahl auf ihr Soma, also den Zellkörper, richteten. Dabei handelt es sich um einen Ansatz, der sich grundsätzlich von traditionellen Methoden unterscheidet, mit denen ein ganzer Bereich des Gehirns ausgeschaltet wird.

Nach dieser selektiven Ablation gelang es den Mäusen genauso gut wie vorher, nach den Tropfen zu greifen, aber ihre Bewegungsabläufe veränderten sich auf eine überraschende Art und Weise. «Das war ein unerwartetes Ergebnis», erklärt Mélanie Palacio-Manzano, Erstautorin der Studie. «Die Abläufe waren ungeordneter und gleichzeitig zunehmend stereotyp in ihrer Form – als würden die Bewegungen roboterartiger.»

Ein Hirn, das genauso viel vorhersagt, wie es spürt
Auf ihrer Suche nach einer Erklärung für diese Ergebnisse konnten die Forschenden nachweisen, dass sich das Hirn weniger auf sensorische Informationen aus dem Körper verlässt als auf das, was es bereits vorhergesehen hat. «Diese Nervenzellen kalkulieren also optimal die Position der Gliedmasse, indem sie sensorische Signale mit internen Vorhersagen abgleichen. Verschlechtert sich die entsprechende Einschätzung, dann folgen die Bewegungen einem vorgeplanten Ablauf, statt einzeln korrigiert zu werden», folgert Mario Prsa, Leiter des Forschungszentrums für sensomotorische Neurowissenschaften.

Erkenntnisse, die besseren Therapien den Weg ebnen
Diese Studie zeigt, dass die natürlichen Variationen in unserer Gestik keine Fehler sind, sondern ein Zeichen dafür, dass sich das Gehirn kontinuierlich selbst korrigiert. Zudem macht sie deutlich, wie wichtig es ist, einzelne Neuronen statt grösserer Hirnregionen zu betrachten, um diese Mechanismen zu verstehen.

Die Ergebnisse verändern unser Verständnis von Bewegungsstörungen, bei denen diese Anpassungsfähigkeit beeinträchtigt ist. Langfristig könnten sie helfen, natürlichere Prothesen zu entwickeln, die nicht nur fähig sind, die Lage der betroffenen Gliedmasse anzuzeigen, sondern auch das Gehirn dabei unterstützen, Bewegungen vorherzusagen und zu korrigieren.

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