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Ag Büschges:
Neuronale Kontrolle der Fortbewegung |
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Für die meisten Tiere, auch für den Menschen, ist aktive Fortbewegung
eine essentielle Voraussetzung des Überlebens. Nahrungserwerb, Fortpflanzung
und Flucht bedürfen, auf die eine oder andere Weise, der Fortbewegung.
Wie kontrolliert das Nervensystem Verhaltensweisen, die ebenso selbstverständlich
wie lebensnotwendig sind, zum Beispiel Laufen und Schwimmen?
Wissenschaftlicher Hintergrund
Aktive Fortbewegung gründet zumeist auf zyklischen Bewegungen segmental
angeordneter Lokomotionsorgane, also der Beine, Flügel, Flossen
oder auch der Körperwand. Ein Bewegungszyklus zerfällt in zwei Phasen,
zum Beispiel beim Laufen, in die Schwing- und Stemmphase eines Beins.
Diesen Bewegungsphasen liegen in der Regel die alternierenden Kontraktionen
antagonistischer Muskeln zugrunde. Die Aufklärung der Struktur und
Funktionsmechanismen neuraler Netzwerke zur zyklischen, alternierenden
Aktivierung antagonistischer motorischer Neurone wurde bisher in
keinem lokomotorischen System abgeschlossen.
Fortbewegung muß auch als Koordinationsproblem verstanden werden.
Einerseits müssen die Bewegungen in den Gelenken mehrgliedriger
Lokomotionsorgane koordiniert, andererseits die Bewegungen verschiedener
Lokomotionsorgane aufeinander abgestimmt werden. Allein das Hinterbein
einer Katze wird durch etwa 36 Muskeln bewegt, um die 12 Muskeln
bewegen das Bein einer Heuschrecke und selbst an der Bewegung eines
Segments des Neunauges, das undulatorisch schwimmt, sind noch drei
Muskelgruppen auf jeder Körperseite beteiligt. Allein die Anzahl
an der Lokomotion beteiligter Muskeln zeigt, dass die Koordination
der Kontraktionen selbst bei relativ einfach strukturierten Organismen
wie Insekten und Neunaugen kein triviales Problem ist.
Eine gemeinsame grobe Struktur der Organisation neuronaler Kontrolle
Unabhängig von Organismus und Fortbewegungsart, scheint es eine
allen Lokomotionssystemen gemeinsame grobe Struktur der Organisation
neuronaler Kontrolle der Fortbewegung zu geben.
- Signale aus höheren zentralnervösen Zentren, dem „Gehirn“,
initiieren die Erzeugung lokomotorischer Aktivität und halten
sie aufrecht.
- Im Bauchmark der Wirbellosen und im Rückenmarks der Wirbeltiere
befinden sich zentralnervöse Netzwerke (CPGs: Central Pattern
Generators) die rhythmische Aktivität zur Kontrolle antagonistischer
Muskeln, vielleicht sogar einzelner Muskeln erzeugen.
- Sinnesorgane auf und im Lokomotionsorgan signalisieren dem Zentralnervensystem
Informationen über den aktuellen Bewegungsablauf und die erzeugten
Kräfte. Die sensorischen Signale modifizieren und komplettieren
die Ausgänge der CPGs und sorgen so für einen motorischen Ausgang,
der z.B. variierenden Umweltbedingungen angepasst ist.
- Neurone, die über Segmentgrenzen ziehen, vermitteln koordinierende
Signale, um die Bewegungen der Lokomotionsorgane aufeinander abzustimmen
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