Vorausschauende Handsteuerung im Hirn

Rasch eine E-Mail zu schreiben oder eine Telefonnummer zu wählen, ist für die meisten Menschen eine Selbstverständlichkeit, über die sie nicht weiter nachdenken. Tatsächlich steckt hinter einem vermeintlich simplen Tastendruck ein leistungsfähiges Netzwerk von Nervenzellen, zeigen die Versuche zweier amerikanischer Forscher. Schon Sekundenbruchteile, bevor die Fingerspitze die Taste trifft, bereitet es die Fingermuskeln auf das eigentliche Drücken vor.

Mangels Training langen junge Hände häufig noch etwas handfest zu. Foto: NIH-National Institute on Aging

Erst diese zeitlich fein austarierte Ansteuerung verleiht dem Menschen seine enorme Fingerfertigkeit, ist Francisco Valero-Cuevas von der University of Southern California überzeugt. “Würde der Übergang zwischen verschiedenen motorischen Befehlen nicht mit Sorgfalt ausgeführt, wäre die anfängliche Kraft nicht angemessen und es wäre uns nicht möglich, ein Ei, ein Weinglas oder eine Perle zügig aufzunehmen”, so der Neurowissenschaftler.

Valero-Cuevas und sein Kollege Madhusudhan Venkadesan von der Cornell University konnten 9 Freiwillige für ihre Versuche gewinnen. Diese ließen ihre Zeigefinger auf eine feste Unterlage klopfen und dann ohne Verzögerung mit konstanter Kraft dagegen drücken. Wie dieser Bewegungsübergang gesteuert wurde, verfolgten die Forscher mit hauchdünnen Elektroden, die sie in die 7 Muskeln des Zeigefingers eingeführt hatten.

Schon 65 Millisekunden vor dem finalen Fingerkontakt schalteten die ansteuernden Nerven und damit die Fingermuskulatur von der Klopfbewegung auf statisches Drücken um, berichten die Forscher im “Journal of Neuroscience”. Offenbar agiere die Muskelsteuerung vorausschauend, um einen möglichst reibungslosen Übergang zwischen den beiden Aktionen und ihren völlig unterschiedlichen Ansprüchen an die Muskeln zu ermöglichen.

Eine solch erstaunliche Leistung setze ein spezialisiertes Netzwerk von Nervenzellen und reichlich Übung voraus, so Valero-Cuevas weiter. Die neuen Resultate könnten daher verstehen helfen, warum der Fingersteuerung in der Großhirnrinde reichlich Platz eingeräumt werde. Zugleich erklärten sie, warum kleine Kinder nur relativ plumpe Greifbewegungen ausführen könnten und warum neurologische Erkrankungen häufig die Fingerfertigkeit beeinträchtigten.

Forschung: Madhusudhan Venkadesan und Francisco J. Valero-Cueves, Department of Mathematics und Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University, Ithaca, New York, und Department of Biomedical Engineering, University of Southern California, Los Angeles

Veröffentlichung Journal of Neuroscience, Vol. 28(6), pp 1366-73, DOI 10.1523/JNEUROSCI.4993-07.2008

WWW:
Neuromuscular Biomechanics Laboratory, Cornell University
Department of Biomedical Engineering, University of Southern California
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