{"id":140,"date":"2021-05-08T10:55:45","date_gmt":"2021-05-08T10:55:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.alexreichenbach.de\/?page_id=140"},"modified":"2025-09-05T09:00:41","modified_gmt":"2025-09-05T08:00:41","slug":"mit-allen-sinnen-handeln","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.alexreichenbach.de\/?page_id=140","title":{"rendered":"Mit allen Sinnen handeln"},"content":{"rendered":"\n

Einblicke in meine Doktorarbeit am Max-Planck-Institut f\u00fcr biologische Kybernetik<\/a> in T\u00fcbingen (2007-2010)<\/em>.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Die Steuerung von Hand- und Armbewegungen mithilfe von Sinnesinformationen l\u00e4uft im allt\u00e4glichen Leben eher beil\u00e4ufig ab. Wir schauen uns nicht bewusst erst einmal jeden Gegenstand an nach dem wir greifen und trotzdem gehen die Bewegungen selten fehl. Die Komplexit\u00e4t der zugrundeliegenden Gehirnprozesse wird einem erst dann klar, wenn man versucht einem Roboter entsprechend flexible Bewegungen beizubringen, oder wenn man sich die Vielfalt der Krankheitsbilder anschaut, die aus Fehlfunktionen dieser Prozesse resultieren k\u00f6nnen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u201eReichst Du mir bitte die Butter?\u201c Eine h\u00e4ufige Frage am Fr\u00fchst\u00fcckstisch, der ohne gro\u00dfes Nachdenken entsprochen wird. Doch \u201eohne Nachdenken\u201c hei\u00dft nicht, dass unser Gehirn dabei unt\u00e4tig ist. Ganz im Gegenteil: Wir lokalisieren die Butterdose mit unserem Sehsinn und die Position unserer Arme wird dem Gehirn mittels Seh- und Haltungssinn (auch Propriozeption genannt) mitgeteilt. Daraus wird berechnet, wie wir unsere Muskeln aktivieren m\u00fcssen. W\u00e4hrend der Bewegung \u00fcberwachen Haltungs- und Sehsinn stets die aktuelle Position und Konfiguration unserer H\u00e4nde und die Muskelanspannung wird wenn n\u00f6tig angepasst. Diese Prozesse werden unter dem Begriff Sensomotorik zusammengefasst, da sie die Verbindung zwischen Sensorik (die Gesamtheit aller Sinnesinformationen) und Motorik (die Ansteuerung der Muskeln) bilden.<\/p>\n\n\n\n

Wo genau im Gehirn jedoch diese Prozesse ablaufen und wie sie im Detail aussehen, das verstehen wir bis heute nur ansatzweise. Ziel meiner Doktorarbeit war es, Areale zu identifizieren, die f\u00fcr die Verarbeitung von visuellen und propriozeptiven Informationen zur Bewegungssteuerung grundlegend sind. Der daf\u00fcr relevante Bereich \u2013 der Scheitellappen \u2013 liegt direkt zwischen visuellen und motorischen Gehirnarealen, und Sch\u00e4digungen in diesem Bereich (z.B durch einen Schlaganfall) f\u00fchren zu neuropsychologischen St\u00f6rungen wie beispielsweise der optischen Ataxie. Patienten mit dieser St\u00f6rung k\u00f6nnen visuelle Informationen nicht mehr vollst\u00e4ndig zur Steuerung ihrer Bewegungen nutzen, obwohl weder rein visuelle noch rein motorische Defizite vorliegen. Sie m\u00fcssen beispielsweise die Butterdose stets bewusst im Blick behalten, um nicht danebenzugreifen.<\/p>\n\n\n\n

Warum untersuchen wir dann nicht einfach Patienten, die sensomotorische St\u00f6rungen aufweisen \u2013 dies sollte uns schlie\u00dflich zu den gesuchten Gehirnarealen f\u00fchren? Die Hirnforschung am Menschen nahm mit neuropsychologischen Untersuchungen ihren Anfang, und auch heute noch liefert sie wichtige Hinweise auf Gehirnfunktionen. Allerdings f\u00fchrt ein Schlaganfall meist zur Sch\u00e4digung gr\u00f6\u00dferer Gehirnareale und st\u00f6rt somit mehrere Funktionen gleichzeitig. Au\u00dferdem ist das Gehirn ein flexibles Organ, und bei Sch\u00e4digung eines Areals wird die Arbeitslast teilweise umorganisiert, so dass gesunde Teile ausgefallene Funktionen \u00fcbernehmen k\u00f6nnen. Dies schr\u00e4nkt die M\u00f6glichkeiten neuropsychologischer Untersuchungen stark ein, weswegen zus\u00e4tzlich komplement\u00e4re Untersuchungen an gesunden Menschen vorgenommen werden.<\/p>\n\n\n\n

Die \u201eperfekte\u201c Methode der Hirnfoschung gibt es nicht. Durch die Kombination von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT, s.u.) und transkranieller Magnetstimulation (TMS, s.u.) konnte ich jedoch Erkenntnisse gewinnen, die \u00fcber das hinausgehen, was eine einzelne Methode zu leisten vermag.<\/p>\n\n\n\n

Aktuell ist die fMRT die am h\u00e4ufigsten eingesetzte Methode in der menschlichen Hirnforschung. Sie macht Gehirnregionen sichtbar, die bei der Ausf\u00fchrung der untersuchten Prozesse aktiv sind. Sieht man in Zeitungsartikeln Illustrationen von Gehirnaktivit\u00e4t, oft als bunte Flecken auf einem grauen Gehirn, so basieren diese Bilder meist auf fMRT Untersuchungen. Allerdings kann diese Technik neuronale Prozesse nicht direkt abbilden, sondern misst die Ver\u00e4nderung in der Blutzufuhr. Da aktive Gehirnareale verst\u00e4rkt mit sauerstoffreichem Blut versorgt werden, gibt dies nun indirekt Aufschluss dar\u00fcber, welche Areale gerade aktiv sind. fMRT ist die Methode mit der h\u00f6chsten r\u00e4umlichen Aufl\u00f6sung (bis hinunter in den Kubikmillimeterbereich), die nicht-invasiv am gesunden Menschen eingesetzt werden kann. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sie die Gehirnaktivit\u00e4t nur indirekt misst und auch Gehirnregionen sichtbar macht, die nur am Rande mit dem eigentlich untersuchten Prozess besch\u00e4ftigt sind.<\/p>\n\n\n\n

Bei TMS wird eine Magnetspule am Kopf angelegt, welche mittels magnetischen Pulsen die Gehirnaktivit\u00e4t direkt unter der Spule kurzfristig st\u00f6rt. Dadurch lassen sich in einem zeitlich eng begrenzten Rahmen \u00e4hnliche Symptome hervorrufen, wie sie bei Gehirnsch\u00e4digungen auftreten. Diese Symptome sind wesentlich schw\u00e4cher, jedoch werden Nachteile neuropsychologischer Untersuchungen umgangen: Die St\u00f6rungen k\u00f6nnen an vorher definierten Arealen vorgenommen werden und durch die kurze Wirkungsdauer findet im Gehirn keine Umorganisation statt. Da die Spulen jedoch gro\u00dffl\u00e4chige Magnetfelder bis zu 10cm Durchmesser erzeugen, hat diese Methode traditionell keine gute r\u00e4umliche Aufl\u00f6sung. Im Gegensatz zu fMRT erlaubt TMS jedoch direkt kausale R\u00fcckschl\u00fcsse auf die Notwendigkeit von Gehirnarealen: F\u00fchrt die Anwendung von TMS \u00fcber einem Areal dazu, dass eine Aufgabe nicht mehr richtig ausgef\u00fchrt werden kann, so kann man darauf schlie\u00dfen, dass dieses Areal notwendig zur Ausf\u00fchrung dieser Funktion ist.<\/p>\n\n\n\n

Bisherige fMRT-Studien haben eine Reihe von Gehirnarealen identifiziert, welche sensorische Informationen zur Steuerung unserer Bewegungen verarbeiten. Diese bilden Netzwerke im Gehirn, welche sich von visuellen Arealen \u00fcber den Scheitellappen bis hin zu motorischen Arealen spannen. TMS-Studien haben gezeigt, dass Areale innerhalb des Scheitellappens f\u00fcr sensomotorische Prozesse notwendig sind. Die genaue Position dieser Areale konnte bisher jedoch nur auf sehr grobe anatomische Regionen eingeschr\u00e4nkt werden wie z.B. \u201eder mittlere Teil\u201c. Die Kombination von fMRT und TMS erlaubte es mir nun, diese Areale wesentlich genauer zu lokalisieren.<\/p>\n\n\n\n

In meinen Versuchen haben die Teilnehmer Armbewegungen zu einem visuellen Ziel gemacht. Sie mussten also visuelle Informationen \u00fcber das Ziel der Bewegung sowie \u00fcber die Position des Armes, und propriozeptive Informationen \u00fcber die Armposition verarbeiten. Zuerst wurden mittels fMRT bei jedem Probanden die Gehirnregionen ermittelt, welche bei der Verarbeitung von visuellen Informationen \u00fcber das Ziel und den Arm aktiv waren. Aus diesen Informationen habe ich dann f\u00fcr jeden Probanden eine Reihe von individuellen Stimulationspunkten f\u00fcr TMS (sprich Aufsetzpunkte der Magnetspule am Kopf) ermittelt, die ein Raster bildeten.<\/p>\n\n\n\n

Die genaue Lokalisierung von TMS-Stimulationspunkten ist technisch sehr anspruchsvoll. Auch sind TMS-Messungen zeitlich sehr aufw\u00e4ndig. Daher verwenden die meisten TMS-Studien bisher lediglich einen oder zwei Stimulationspunkte. Das ist jedoch in etwa so, als w\u00fcrde man f\u00fcr die Erstellung eines H\u00f6henprofils der T\u00fcbinger Altstadt lediglich die H\u00f6he des Schlossberges und des Neckarufers messen. Durch meine vorherige Mitarbeit an TMS-Projekten im visuellen System wusste ich jedoch, dass ein Raster von TMS-Stimulationsorten die r\u00e4umliche Aufl\u00f6sung von TMS erheblich erh\u00f6hen kann. Die Verteilung des TMS-Effekts \u00fcber die Rasterpunkte hinweg liefert bis auf wenige Millimeter genau Aufschluss \u00fcber die Lokalisierung des am st\u00e4rksten betroffenen Gehirnareals. Die fMRT habe ich daf\u00fcr wie eine hochaufl\u00f6sende Luftaufnahme verwendet, um markante Punkte in dem Gebiet zu finden, welche dann mit TMS vermessen wurden.<\/p>\n\n\n\n

Bei meinen TMS-Experimenten haben die Probanden dieselbe Aufgabe durchgef\u00fchrt wie im fMRT. Die St\u00f6rung einiger weniger Gehirnareale mittels TMS f\u00fchrte bei den Probanden zu einheitlichen Defiziten im Bewegungsablauf, welche auf die unvollst\u00e4ndige Verarbeitung von entweder visueller oder propriozeptiver Information schlie\u00dfen lie\u00dfen. Sowohl f\u00fcr die Verarbeitung von visueller Information \u00fcber das Ziel als auch visueller Information \u00fcber die Armposition ist das selbe Areal notwendig: die vorderste Spitze des hinteren Scheitellappens. Das scheint auf den ersten Blick nicht sonderlich \u00fcberraschend, handelt es sich doch beide Male um visuelle Information. Da die Bedeutung der Informationen jedoch grundlegend verschieden ist \u2013 sie gibt entweder Aufschluss \u00fcber unseren eigenen K\u00f6rper oder die Umwelt \u2013 wurde bisher angenommen, dass diese Informationen in unterschiedlichen Gehirnarealen verarbeitet werden. F\u00fcr die Verarbeitung von propriozeptiver Information ist hingegen eine Region wesentlich weiter hinten im Scheitellappen notwendig. Durch das vorhergehende fMRT sowie die Stimulierung eines ganzen Rasters an TMS-Punkten konnte ich diese grundlegenden Areale auch anatomisch genau lokalisieren.<\/p>\n\n\n\n

Mit diesen Ergebnissen kann eine Verbesserung der Diagnostik nach einem Schlaganfall erfolgen: Werden Sch\u00e4digungen im Scheitellappen festgestellt, dann k\u00f6nnen passgenaue Rehabilitationsma\u00dfnahmen eingeleitet werden, noch bevor sich eine St\u00f6rung im Verhalten zeigt. Weiterhin demonstriert meine Arbeit, welchen Mehrwert die Kombination zweier herk\u00f6mmlicher Methoden wie fMRT und TMS f\u00fcr die Hirnforschung liefert. Meiner Meinung nach hat die \u201emultimodale Bildgebung\u201c, wie die Kombination verschiedener Bildgebungsverfahren auch genannt wird, gro\u00dfes Potenzial f\u00fcr die Forschung am menschlichen Gehirn. Auch wenn die daf\u00fcr ben\u00f6tigten Experimente gegenw\u00e4rtig noch sehr aufw\u00e4ndig sind, hoffe ich doch, dass meine Arbeit andere Wissenschaftler inspiriert, diese vermehrt zu nutzen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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