Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was passiert im Gehirn, wenn wir die Tür aufschließen?

01.10.2014

Sie können ihre Jacke nicht zuknöpfen oder haben Schwierigkeiten, den Schlüssel ins Schloss zu stecken: Diese Menschen leiden unter Apraxie. Bei ihnen sind motorische Handlungen gestört – beispielsweise nach einem Schlaganfall.

Münchner Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben jetzt die Gehirnareale untersucht, die für die Planung und Ausführung komplexer Handlungen verantwortlich sind. Dabei stellten sie fest, dass es im Gehirn ein spezifisches Netzwerk für den Gebrauch von Werkzeugen gibt. Die Arbeit ist im Journal of Neuroscience erschienen.


Ein Versuchsaufbau aus der Studie: Was passiert im Gehirn der Probanden, wenn sie zum Beispiel einen Schlüssel ins Schloss stecken?

M.-L. Brandi / TUM


Versuchsaufbau: Links ein bekanntes Werkzeug, rechts ein unspezifisches Objekt

M.-L. Brandi / TUM

Forscher an der Technischen Universität München (TUM) und am Klinikum rechts der Isar haben analysiert, welche Hirnnetzwerke für den Gebrauch von Werkzeugen oder anderen Hilfsmitteln verantwortlich sind. Dafür setzten die Wissenschaftler die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ein. Diese Bildgebungsmethode zeigt, welche Hirnareale bei Gedanken, Bewegungen und Handlungen aktiviert werden.

Die Verwendung von Werkzeugen ist eine essentielle Fähigkeit des Menschen. „Es gibt zahlreiche Studien, die neuronale Prozesse beim Werkzeuggebrauch untersuchen“, sagt Prof. Joachim Hermsdörfer vom TUM-Lehrstuhl für Bewegungswissenschaften.

„Viele Studien beschränken sich jedoch darauf, dass Probanden eine Handlung betrachten, sie pantomimisch ausführen oder sie sich einfach nur bildlich vorstellen.“ Ziel der aktuellen Studie war es, die neuronalen Grundlagen des Werkzeuggebrauchs unter möglichst realitätsnahen Bedingungen zu analysieren.

Im MRT erhielten die Probanden zehn Alltagsgegenstände, darunter Hammer, Flaschenöffner, Schlüssel, Feuerzeug und Schere sowie beliebige Objekte. Sie bekamen die Aufgabe, die Gegenstände entweder zu benutzen oder nur anzuheben und wieder abzulegen, jeweils mit der linken und rechten Hand.

Bei der Analyse der Daten betrachteten die Wissenschaftler die Phase der Handlungsplanung und der tatsächlichen Ausführung getrennt voneinander. Damit konnten sie die Hirnnetzwerke bestimmen, die bei der Planung und Ausführung des Werkzeuggebrauchs aktiv sind.

Werkzeug-spezifisches Netzwerk im Gehirn

Eine wichtige Erkenntnis war, dass die linke Gehirnhälfte aktiviert wird, wenn die Probanden den Werkzeuggebrauch planten - unabhängig davon welche Hand sie benutzten. Daneben konnten die Forscher ein weit verzweigtes Netzwerk erkennen, das neben der Planung der Handlung auch die Ausführung des Werkzeuggebrauchs steuert. Für die Verwendung unbekannter Objekte hingegen sind diese Regionen nicht so stark aktiv.

Das „Werkzeug-Netzwerk“ besteht aus Hirnregionen des Scheitel- und Frontallappens sowie Regionen im hinteren Schläfenlappen und einem weiteren Areal im seitlichen Occipitallappen des Gehirns. Es zeigt sich also ein neuronales Aktivierungsmuster, das alle Elemente einer komplexen Handlung abdeckt: Dazu gehören das Erkennen der Objekte als Werkzeuge, das Verstehen, wie sie gebraucht werden und die motorische Aktion, um das Werkzeug tatsächlich zu benutzen.

„Außerdem konnten wir in der Studie die Annahme bestätigen, dass es für verschiedene Aufgaben unterschiedliche Wahrnehmungs-‚Ströme’ im Gehirn gibt“, erklärt Hermsdörfer. Der dorsale Strom der Wahrnehmung leitet Signale zum hinteren Scheitellappen weiter und ist allgemein für die Steuerung von Handlungen zuständig. „Er lässt sich in zwei funktionsspezifische Verarbeitungswege unterteilen: Der dorso-dorsale Strom steuert grundlegende Greif- und Bewegungsprozesse unabhängig davon, ob das Objekt bekannt ist oder nicht. Ein zweiter Strom, der ventro-dorsale Strom wird aktiv, wenn wir bekannte Werkzeuge benutzen.

Das Wissen über die Lokalisierung dieser „Handlungsmodule“ kann helfen, eine differenziertere Diagnose der Apraxie zu erstellen und verbesserte Therapiemaßnahmen zu entwickeln.

Publikation:
Brandi M-L, Wohlschläger A, Sorg C, Hermsdörfer J. The Neural Correlates of Planning and Executing Actual Tool Use, The Journal of Neuroscience, 34(39):13183-13194
DOI: 101523/JNEUROSCI.0597-14.2014

Kontakt: 
Technische Universität München
Lehrstuhl für Bewegungswissenschaften

Marie-Luise Brandi
Tel.: +49 89 289 24643
E-Mail: luise.brandi@tum.de

Prof. Dr. Joachim Hermsdörfer
Tel.: +49 89 289-24550
joachim.hermsdoerfer@tum.de

Weitere Informationen:

http://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/31823/

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Wachablösung im Immunsystem: wie Dendritische Zellen ihre Bewaffnung an Mastzellen übergeben
16.11.2017 | Universitätsklinikum Magdeburg

nachricht Wie Lungenkrebs zur Entstehung von Lungenhochdruck führt
16.11.2017 | Justus-Liebig-Universität Gießen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie