Laut einer Studie mit Makaken haben geplante und unmittelbare Bewegungen unterschiedliche Muster im Gehirn, bevor die Bewegung initialisiert wird. Wir haben Dr. Benjamin Dann vom Deutschen Primatenzentrum gefragt, wie es Menschen helfen könnte.
Was ist der Unterschied zwischen geplanten Bewegungen und sofortigen Reaktionen?
Ein Beispiel ist, wenn Sie auf eine grüne Ampel warten und sich darauf vorbereiten, das Gaspedal Ihres Autos zu drücken, aber wenn ein Kind auf die Straße rennt, müssen Sie bremsen. Beides ist die gleiche Bewegung des Aufsetzens, aber in einem Fall muss man so schnell wie möglich reagieren, im anderen hat man Zeit sich vorzubereiten.
Wie haben Sie die beiden Bewegungen verglichen?
Wir haben das Beispiel der Greifbewegung verwendet. Diese Studie wurde mit Makaken durchgeführt, die das beste Modell für Menschen sind. Wir haben zwei Affen beigebracht, einen Griff vor ihnen entweder mit einem Präzisionsgriff zu greifen, wie wenn Sie einen Keks aufheben, oder mit einer ganzen Hand oder einem Kraftgriff, wie wenn Sie einen Tennisschläger halten. Auf einem Monitor gaben wir einen visuellen Hinweis, der dem Affen sagte, wie er greifen sollte. Die visuellen Hinweise waren Kreise:Grau für Präzisionsgriff, Grün für Kraftgriff. Es gab auch einen roten Kreis, um den Affen zu sagen, dass sie nicht greifen sollten – sie durften den Griff erst ausführen, wenn der rote Kreis verschwunden war. Die Forscher zeigten diese Kreise in verschiedenen 0,1-Sekunden-Intervallen von 0 bis 1,3 Sekunden. Im Gehirn bestand die erste Entscheidung darin, die Art des Griffs zu wählen – Kraft oder Präzision – und dann auf den visuellen Hinweis [das Verschwinden des roten Kreises] zu warten, um den Beginn der Bewegung anzuzeigen.
Und wie haben Sie die Gehirnaktivität gemessen?
Wir haben zuerst Mikroelektroden in den Schädel implantiert. Leider ist noch keine nicht-invasive Methode geeignet, da das Signal zu verschwommen ist. Wir konnten nicht nur einzelne Neuronen [Gehirnzellen] aufzeichnen, sondern Hunderte von ihnen – eigentlich das ganze Netzwerk – alles, was an der Planung beteiligt war und die Bewegung selbst steuerte.
Wie unterscheidet sich die Gehirnaktivität?
Die Bewegung selbst ist in den entsprechenden motorischen Arealen des Cortex [den gefalteten Außenschichten des Gehirns] identisch kodiert. Die an diesem Prozess beteiligte Population von Neuronen hat jedoch ein völlig anderes Aktivitätsmuster, bevor die Bewegung tatsächlich initialisiert wird. Dieses ausgeprägte Aktivitätsmuster im Gehirn oder „Zustand“ ist nur für das Arbeitsgedächtnis vorhanden – ein Kurzzeitgedächtnis, das beim Planen von Bewegungen verwendet wird – und nicht, wenn Sie sofort reagieren. Plötzlich taucht dieser zusätzliche Zustand auf, wenn die minimale Vorbereitungszeit, die Reaktionszeit, eine halbe Sekunde beträgt.
Könnte die Identifizierung von zwei Gehirnzuständen in der Medizin helfen?
Das ist Grundlagenforschung und wir wissen nie genau, ob dies tatsächlich zu einer klinischen Anwendung führen wird. Es ist ein langfristiges Ziel. Dies könnte potenziell für die Reha von Patienten nach Schlaganfällen oder Tumoroperationen genutzt werden:Wir können sagen:„Wir wissen, dass diese beiden Zustände bei einem Gesunden vorhanden sein müssen, jetzt sind beide wieder vorhanden, der Patient hat das Richtige wieder gelernt Fähigkeit." Oder sogar einen Schritt weiter, die Konfiguration für einen bestimmten Zustand und die damit verbundenen Fehler zu kennen, um zu versuchen, diesen durch künstliche elektrische Stimulation zu reaktivieren. Eine weitere potenzielle Anwendung ist die Prothetik und die Steuerung eines Roboterglieds durch Gehirnaktivität. Zu wissen, dass Bewegung ein bestimmter Zustand ist, hilft sehr, weil Sie möchten, dass sich der Arm nur dann bewegt, wenn der Patient es möchte.