Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Cc. ans Gehirn: Wie Nervenzellen die Feinmotorik im Arm steuern

31.01.2014
Befehle des Gehirns zur Bewegung der Armmuskulatur nehmen zwei Wege.

Wie die Forschungsgruppe von Prof. Silvia Arber am Biozentrum der Universität Basel und am Friedrich Miescher Institut for Biomedical Research nun herausgefunden hat, senden viele Nervenzellen im Rückenmark ihre Befehle nicht nur in Richtung Muskulatur, sondern gleichzeitig über ein hochorganisiertes Netzwerk auch zurück an das Gehirn. Dieser gedoppelte Informationsfluss ist die Grundlage des Nervensystems für präziseste Bewegungen von Armen und Händen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in dem Fachjournal «Cell» veröffentlicht.


Gehirnstammkern, der Informationen von Interneuronen aus dem Rückenmark sammelt (blau); Informationen einer funktionellen Interneuronen-Subgruppe fliesst in einem Teilareal zusammen (pink).

Bewegung ist eine zentrale Fähigkeit von Mensch und Tier und ein hochkomplexes Zusammenspiel von Gehirn, Nerven und Muskeln. Insbesondere die Bewegung unserer Arme und Hände ist eine Koordinationsleistung mit höchster Präzision. Unaufhörlich sendet unser Gehirn über das Rückenmark dazu Befehle an unsere Muskeln, um verschiedenste Bewegungen auszuführen.

Dieser Informationsstrom erreicht vom Gehirn aus Interneuronen im Rückenmark, welche dann diese Befehle über eine weitere Verschaltung zu Motoneuronen an Muskeln weiterleiten. Die Forschungsgruppe von Silvia Arber am Biozentrum der Universität Basel und am Friedrich Miescher Institut for Biomedical Research hat nun die Organisation eines zweiten Informationsweges aufgedeckt, den diese Befehle durchlaufen.

Cc. ans Gehirn: Ein Befehl – zwei Richtungen
Die Wissenschaftler konnten im Mausmodell zeigen, dass viele Interneuronen im Rückenmark die Befehle nicht nur via Motoneuronen an den jeweiligen Muskel, sondern zeitgleich auch noch eine Kopie dieser Information zurück ins Gehirn schicken. «Der Befehl zur Muskelbewegung wird also in zwei Richtungen verschickt. In die eine Richtung, um im Muskel die gewünschte Kontraktion auszulösen. In die andere Richtung, um das Gehirn zu informieren, dass der Befehl auch tatsächlich Richtung Muskulatur geschickt wird», erklärt Chiara Pivetta, Erstautorin der Publikation. In Analogie mit einer verschickten Email wird also die Information nicht nur dem Empfänger, sondern auch dem Auftraggeber zugestellt.
Gehirnkern sammelt Informationen getrennt nach Funktionalität
Was geschieht nun mit der Information der Interneuronen aus dem Rückenmark im Gehirnstamm? Silvia Arbers Forschungsgruppe entdeckte, dass obwohl die Information der Interneuronen zur Ausführung der Bewegung beim Eintreffen auf Motoneuronen dort zusammengeführt wird, diese Information in einem Kern des Gehirnstamms nach Funktion aufgeteilt wird. Dabei fliessen die Informationen funktionell unterschiedlicher Typen von Interneuronen in verschiedene Areale dieses Kerns. Es gibt somit eine funktionelle Trennung im Gehirnstamm: Man kann sich dies bildlich also so vorstellen, dass Informationen von Interneuronen des Rückenmarks, die beispielsweise die Links-Rechts-Koordination einer Bewegung beeinflussen, im Gehirn an einer anderen Stelle gesammelt werden, als diejenigen von Interneuronen, welche die Geschwindigkeit einer Bewegung beeinflussen.
Doppelter Informationsweg unterstützt die Feinmotorik
Diese überaus präzise Rückkoppelung gewährleistet zu jeder Millisekunde, dass die Befehle richtig übermittelt werden und die gewünschte Folgebewegung über die Signale, die vom Rückenmark ans Gehirn zurück geschickt werden, bereits mit dem Gehirn koordiniert und angepasst wird», so Silvia Arber. Interessanterweise haben die Wissenschaftler diese Art des Informationsflusses ins Gehirn nur für die Steuerung der Arme, nicht aber der Beine gefunden. «Das zeigt uns, dass dieser Informationsweg aller Wahrscheinlichkeit nach für die Feinmotorik wichtig ist. Im Vergleich zum Bein müssen die Bewegungen unseres Armes und insbesondere unserer Hände um ein Vielfaches präziser sein. Solch höchste Präzision kann unser Körper offensichtlich nur durch konstanten rückgekoppelten Informationsfluss gewährleisten», erklärt Silvia Arber.

In weiteren Schritten möchte die Gruppe von Silvia Arber nun untersuchen, welche Auswirkungen es hat, wenn der Informationsfluss zurück ins Gehirn gestört ist. Da es Interneuronen gibt, die Bewegungen fördern, und andere, die Bewegungen verhindern, könnten solche Ergebnisse weitere Rückschlüsse auf die Regulation von Bewegungsabläufen liefern.

Heike Sacher | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Einzelne Rezeptoren auf der Arbeit
19.10.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Rasche Umweltveränderungen begünstigen Artensterben
19.10.2017 | Universität Zürich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mehl-Mülhens-Stiftung mit Gestüt Röttgen beauftragt tisoware

19.10.2017 | Unternehmensmeldung

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Was winzige Strukturen über Materialeigenschaften verraten

19.10.2017 | Materialwissenschaften