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 Titandioxid-Nanopartikel können Darmentzündungen verstärken
19.07.2017 | Universität Zürich

nachricht Künftige Therapie gegen Frühgeburten?
19.07.2017 | Universitätsspital Bern

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: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie