Inhaltsverzeichnis

Einleitung.   4

1  Motorik- Bewegungsentwurf  4

1.1  Kortikale und subkortikale Zentren des Motocortex.  5

2  Das Großhirn.  8

2.1  Anatomie des Großhirns (Telencephalon)  8

2.2  Primärgebiete der Hirnrinde der linken Großhirnhemisphäre und deren  

Ausfallserscheinungen   10

3  Neuronenverbände im Motorkortex  12

3.1.1  Primär Sensorische Hirnrindenregionen  13

3.2  Feinbau des Cortex cerebri (Neocortex, zerebraler Kortex)  13

4  Absteigende Bahnen des Rückenmarks.  14

4.1  Pyramidenbahnen ( Bahnen der Willkürmotorik)  14

4.1.1  Tractus corticonuklearis (Kopfmotorik)  18

4.2  Aufsteigende Bahnen (affarent)  18

4.2.1  Extrapyramidal- motorisches System.  18

4.2.2  Aufbau und Ursprung des extrapyramidal- motorischen Systems.  19

4.2.3  Funktion des extrapyramidal- motorischen Systems.  20

5  Das Kleinhirn- Cerebellum.  22

5.1  Neuronenpopulationen des Kleinhirns und ihre Funktion  22

5.2  Affarenzen des Kleinhirns  23

5.3  Verlauf einer Verschaltung des Kleinhirns- kortikale Verarbeitung.  27

5.4  Funktionen des Kleinhirns  27

6  Basalganglien.  28

6.1  Lagen der Basalganglien.  28

6.2  Affarenzen der Basalganglien  29

6.3  Programmsteuerung- Hauptschleifen.  29

6.4  Verschaltungsarrangements der Basalganglien  29

7  Aktivität corticaler Zellen bei Bewegungen  30

7.1  Populationsvektoren.  30

7.2  Neurowissenschaftliche Grundlagen komplexer sportiver Bewegungen  35

8  Ausfälle und Erkrankungen des motorischen Systems.  37

8.1  Morbus Parkinson  37

8.2  Neues aus der Stammzellenforschung gegen Parkinson.  38

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9  Zusammenfassung  39

Literaturverzeichnis   40

Abbildungsverzeichnis   41

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Einleitung

Unser Gehirn und das Nervensystem sind komplexe Gebilde die im Folgenden näher betrachtet werden sollen. Dabei soll ein Hauptaugenmerk auf die absteigende Kontrolle der Bewegung gelegt, und erläutert werden nach welchen Prinzipien Schaltvorgänge von statten gehen um eine Bewegung zu ermöglichen. Das Großhirn beinhaltet 3 Kortikale Regionen, den supplementär- motorischen Kortex, den prämotorischen Kortex, und den hinteren parietalen Kortex, die an der Planung und Kodierung von Bewegungen miteinander korrespondieren- ebenso wichtig sind subkortikale Neurone, Telenzephale und dienzephale Basalganglien und ihre Verbindungen, sowie das Kleinhirn und die Motoneurone des Rückenmarks und des Hirnstammes. Auch das Kleinhirn ist ein wichtiges Organ zur

Bewegungsabstimmung, das als Integrationsorgan für die Koordination und Feinabstimmung der Bewegungen und der Regulierung des Muskeltonus zuständig ist, und in diesem die absteigenden und aufsteigenden Bahnen verlaufen durch die Kleinhirnstiele, Pedunculi cerebellares, des Pedunculus cerebellaris inferior zur Medulla oblongata, des Pedunculus cerebellaris medius zur Brücke, und des Pedunculus cerebellaris superior zum Mittelhirn. Die Pyramidenbahn als Bahnen der Willkürmotorik sollen im Folgenden besonders hervorgehoben, mit ihren Bestandteilen und Leitungsbahnen erklärt, und ebenso soll auf die Willkürmotorik des Kopfes und die der Extremitäten eingegangen werden, sowie auf deren Ausfallserscheinungen in verschiedenen Ebenen des Bahnenverlaufes. Das Extrapyramidalmotorische System als zugehöriger Bestandteil des Pyramidalen Systems sei dabei nicht außer Acht gelassen. Im letzten Teil der Arbeit möchte ich verstärkt auf die Neuronenpopulationen des Gehirns eingehen und aufzeigen, wie diese auf Bewegungen hin reagieren, und wie deren Reaktionen an Primaten durch Aufgabenstellungen messbar gemacht werden konnten. An einigen Beispielen die am Menschen getestet wurden soll zusätzlich aufgezeigt werden, wie aktiv das Gehirn bei bestimmen komplexen, sportiven Bewegungen ist.

1 Motorik- Bewegungsentwurf

Bewegungen funktionieren auf sehr komplizierte Art und Weise, und werden im Folgenden in einfachen Schemen als Auslöser und Ergebnisse von Schaltvorgängen verstanden. Die Schaltzentrale stellt unser Gehirn da, wovon Impulse ausgehen und von diesem auch organisiert werden. Die Impulse werden gelangen über die

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absteigenden Bahnen (efferent), sich kreuzenden Pyramidenbahnen über die motorischen Vorderhornzellen ins Rückenmark und weitere Umschaltstellen (Synapsen) zu den entsprechenden Muskeln. Gleichzeitig werden in den Sinnesorganen aufgenommene Informationen aufsteigend (affarent) über die sensorischen Hinterhornzellen im Rückenmark an die sensorischen Felder der hinteren Zentralwindung des Cortex weitergeleitet. In der Schaltzentrale unseres Gehirns wirken also 3 Schaltstellen zusammen: die Großhirnrinde, das Stammhirn und das Kleinhirn. Im Folgenden sollen die Verschaltungen genauer erläutert werden um den Verlauf eines Impulses und seiner Weiterleitung durch die Nervenbahnen genauer nachvollziehen zu können. (Jansen-Osmann, P. 2008, S. 26-28)

1.1 Kortikale und subkortikale Zentren des Motocortex

Motorische Systeme bestehen aus der kortikalen Großhirnrinde, und subkortikalen Neuronen. Diese Neurone sind in typische Kommandoebenen eingeteilt. Die 3 Kortikalen Regionen sind, der supplementär- motorischer Kortex, der prämotorischer Kortex, und der hintere parietaler Kortex. Die subkortikalen Neuronen sind, Telenzephale und dienzephale Basalganglien und ihren Verbindungen, sowie das Kleinhirn und die Motoneurone des Rückenmarks und des Hirnstammes. Für die Willkürliche Motorik wird die Bewegung in 3 kortikalen Regionen geplant und anschließend koordiniert.

- supplementär-motorischer Kortex: befindet sich in Area 6 auf der medialen Hemisphärenseite. Hier werden Bewegungen veranlasst die den gesamten Körper betreffen. (Klettern).

- Im prämotorischen Kortex in Area 6 werden Bewegungsentwürfe für die Muskelgruppen des Beines und der Hüfte erstellt. Die Reize werden direkt von der Großhirnrinde zum Gyrus precentralis, oder ziehen in einer Schleife über die Basalganglien und den Thalamus.

- Der hintere parietale Kortex beinhaltet Neurone, die Informationen über die räumlichen Dimensionen der Motorik. Sie befinden sich in Area 5 und 7.

- Der primäre motorische Kortex, cortex, cerebri, der sich in Area 4 des Gyrus percentralis befindet, die auffallend große Pyramidenzellen besitzt, die sehr schnelleitend sind.

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Diese Systeme sind hierarchisch organisiert und werden vom Thalamus, den Basalganglien und dem Kleinhirn beeinflusst. (Abb.1). Der Plan eine Tasse heben zu wollen bedarf daher einiger Informationen. Dazu muss der Greifende erst wissen wo die Tasse steht, und wo sich sein Arm befindet. Das bedeutet wir benötigen Informationen über den Ausgangs- und Zielpunkt der Gliedmaßen. Diese Information kommt aus den sensorischen Kortexarealen und wird an den Assoziationskortex weitergegeben. Von dort aus wird auf den primären, den sekundären Kortex und das Augenfeld projiziert. (Abb.2) (Jansen-Osmann, P. 2008, S. 26-28)

Abb. 1: Jansen- Osmann, P. Darstellung des hierarchischen und parallelen Aufbaus der wichtigsten

motorischen Systeme. In Anlehnung an KANDEL, SCHWARZ & JESSEL (1995, S. 503). In

Sportwissenschaft 1, 08, 26.

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Abb.  2: Jansen- Osmann, P. Darstellung der Verarbeitung einer sensorischen Information im  

Assoziationskortex.  In Sportwissenschaft 1, 08, 27.  

Abb.3  : Jansen- Osmann, P. Darstellung der wichtigsten Kortexareale. In Sportwissenschaft 1, 08, 27.  

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Für die Bewegungssteuerung sind das Kleinhirn und die Basalganglien verantwortlich. Das Kleinhirn wirkt bei der Koordination und Feinabstimmung von Bewegungen mit. Die schematische Schleife vollzieht sich vom motorischen Kortex über den Hirnstamm und zum Thalamus, um wieder zum Cortex zurückzuführen. Die Basalganglien bereiten die Willkürmotorik auf- deren schematische Schleifen führen von der Großhirnrinde ausgehend über den Thalamus, um wieder zur Großhirnrinde zu gelangen. Um vom einfachen, hierarchischen Schema wegzuführen, sind die Verschaltungen der motorischen Systeme natürlich noch viel exakter und ausführlicher gebaut, und sollen in den folgenden Kapiteln erklärt werden. (Jansen-Osmann, P. 2008, S. 26-28)

2 Das Großhirn

Das Großhirn, Cerebrum, Endhirn oder auch Telencephalon genannt, lässt sich als höchstes Integrationszentrum des ZNS, und ist mit seiner Vielzahl an Nervenbahnen und Populationen der am stärksten differenzierte Gehirnabschnitt. Es setzt sich aus zwei Hemisphären und der Großhirnrinde, die sich in 6 Lappen aufgliedern lässt. Die Großhirnrinde oder auch zerebraler Kortex genannt, ist beim Menschen besonders hoch entwickelt und befähigt den Menschen zu geschickten Bewegungen mit der Hand, Sprache hoch zu entwickeln, logisch zu denken und beinhalten auch Areale zur Persönlichkeit und des Wissens.

2.1 Anatomie des Großhirns (Telencephalon)

Das Großhirn eines Erwachsenen oder auch Endhirn genannt, beträgt ein Gewicht zw. ca. 1100 - 1600 g. Das Endhirn gliedert sich in zwei Hälften den Hemisphären auf, die durch die Fissura longitunidalis cerebralis getrennt werden. An jeder Hemisphäre unterscheidet man außen den Hirnmantel, und im Inneren die Basalganglien. Der Hirnmantel besteht aus dem Cortec cerebralis, der Großhirnrinde. Die Basalganglien, Nuclei basales, befinden sich im Innern jeder Hemisphäre unter dem Boden des Seitenventrikels. Sie sind komplett vom Hirnmantel, Pallium, umhüllt und grenzen medial sowie kaudal an das Diencephalon an. (Frick, 1992, S. 317-319)

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Abb. 4: Linke Gehirnhälfte. Van Hagen 1998 S, 67

Wenn man das Großhirn in zwei Hälften auf Höhe des Mittelhirns und der Brücke frontal teilen würde, so erhält man Einblick in die graue uns weiße Substanz, einer Ansammlung von Nervenzellkörpern auf engstem Raum. Die Großhirnrinde ist ca. 2-5 mm dick und besteht aus einer grauen Rindenschicht, der Cortex cerebri. Sie besteht vorwiegend aus Zellkörpern. Die weiße Substanz des Marklagers besteht aus Nervenfasern, myelisierten Axonen. Die gesamte Großhirnrinde besteht aus ca. 10.000- 30.000 Nervenzellen pro mm3 (10 Milliarden) und enthält damit rund 70% aller Neuronen. Die Nervenfasern der weißen Substanz nehmen eine Länge von etwa 300.000 - 400.000 km ein. Die Hemisphäre lässt sich weiterhin noch in vier Hirnlappen, Lobri cerebri, aufgliedern. Einmal in den Stirn, oder Frontallappen, Lobus frontalis, in den Scheitel- oder Parietallappen, Lobus parietalis, den Schläfen- und Temporallappen, Lobus temporalis, und den Hinterhaupts- und Okizipallappen, Lobus occipitalis. Die Großhirnrinde besteht zudem aus Furchen, Sulci, und Windungen, Gyri. Sie bilden das Oberflächenrelief des Gehirns. Der Frontallappen, Lobus frontalis, zieht vom Frontalpol bis zum Sulcus centralis. Der Parietallappen schließt an den Frontallappen mit dem Gyrus postcentralis an. Der Temporallappen besteht aus 3 Windungszügen, den Gyrus temporalis superior, Gyrus temporalis medius und dem Gyrus temporalis inferior. Der Okizipallappen wird vom Sulcus occipitalis transversus und vom Sulcus calcanarius durchzogen. Kahle 2002, S. 212. Wie bereits erwähnt hat jeder Lappen seine spezifischen Windungen und Furchen. Im Stirnlappen ist demnach die vordere Zentralwindung das motorische Zentrum, das Impulse zu den willkürlich innervierten Muskeln sendet. Die Großhirnrinde, besteht aus einer dünnen Schicht grauer Substanz und enthält 70 % aller Neuronen

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