Neurowissenschaft - Zentrale Bewegungssteuerung

• Tractus Corticospinalis ventralis und lateralis (Pyramidalbahn)  

  • 90% der Fasern kreuzen auf Höhe der Medulla oblongata zur Gegenseite (Dekussation) => T.C.S. lateralis 

  • 10% der Fasern kreuzen nicht => T.C.S. ventralis 

=> 2/3 der Fasern kommen vom primären motorischen Kortex (Area 4) und vom prä-/supplementärmotorischen Kortex (Area 6); ca. 1/3 kommen von den somatosensorischen Arealen des Parietallappens 

• Tractus Corticobulbaris => Fasern führt nur bis in den Hirnstamm => zur Innervation der dortigen Kerne => motorische Innervation von Kopf und Hals 

• Tractur rubrospinalis => Fasern entspringen dem Nucleus ruber des Mesencephalons und kreuzen bereits auf Höhe der Pons => verlaufen dann gemeinsam mit den Corticospinalen Behnen im lateralen Fasciculus des RM => Input aus dem Kortex frontalis, beim Menschen aber fast vollständig durch das Pyramidal-System ersetzt 

1. Motocortex 

2. Capsula interna 

3. Pedunculus cerebri ( Mesencephalon) 

4. Pons 

5. Ventral an der Medulla oblongatae => Pyramidenkreuzung (Decussatio Pyramidum) 

6. Fasciculus lateralis des Rückenmarks 

• Defizitäre Zeichen: Verlust der willkürlichen Bewegung der distalen Muskulatur (insb. Hände und Finger) 

• Spastische Zeichen: Ungehemmte, sonst durch den willen kontrollierte, Reflexe 

=> Corticale unilat. Läsion: kontrolat. Zeichen 

=> Spinale unilat. Läsion: homola. Zeichen 

• NB: Werden nur die Corticospinalen, nicht aber die Rubospinalen Bahnen geschädigt können diese einen Teil der Verluste kompensieren, es bleibt jedoch in jedem Fall eine Schwäche der distalen Flexoren und eine eingeschränkte Feinmotorik 

=> avasiver Reiz der Fusssohle => führt im Normalfall zur Plantarflexion aller Zehen 

=> eine unkoordinierter oder fehlender Reaktion ist Zeichen einer unvollständigen Steuerung der lokalen motorischen Bögen durch die kortikalen Motoneurone 

• Tractus vestibulospinalis 

• Tractus tectospinalis 

• Tractus Retkulospinalis 

=> entspringen alle dem Hirnstamm, von wo aus sie das Gleichgewicht und die Postur des Körpers steuern => erhalten Afferenz der Propriozeptoren, des gleichgewichts- und des visuellen Systems => innervieren spinale Interneuronen 

• Lateraler und medialer Vestibulariskern posterolateral in der Medulla 

  • Der laterale ist für die Extensoren der Antigravitationsmuskulatur verantwortlich 

  • Der mediale steuert die horizontale Ausrichtung des Kopfes und damit der Augen 

• Erhält sensorische Afferenz via N. Vestbulocochlearis (VIII) aus dem vestibulären Labyrinth 

• Entspring dem Colliculus superior des Mesencephalons  

• Erhält direkte Informationen der Retina, vom visuellen Cortex, sowie vom somatosensorische und auditiven System => erstellt eine "Karte" des Umfelds 

• Richtet Kopf und damit Augen in Richtung eingehender Reize aus 

• Entspringt der Formatio reticularis entlang des gesmten posteromedialen Hirnstamms (ventral des Äquaducts) 

• Erhält Informationen aus verschiedenen Gehirnarealen. Wichtig für die Motorik sind: 

  • Der pontine Retikulospinaltrakt => steigert die spinalen anti-Gravitations-Reflexe, welche die Extensoren der unteren Extremität aktiviert 

  • Der medulläre Retikulospinaltrakt => hemmt die spinalen Reflexe, welche die Extensoren der unteren Extremität aktiviert 

• Funktion: Planung, Kontrolle, Auslösen und Koordination der willkürlichen Bewegung 

• Posteriorster Anteil des Frontallappens (vor dem Sulcus centralis) 

  • Primärer motorischer Kortex (Gyrus präcentralis bzw. Bn 4) => M1 

  • Prämotorisches Areal PMA (Lateralbereich der Area/Bn 6) => proximale Muskulatur via Retikulospinalbahnen 

  • Supplementärmotorischer Kortex SMA (Zentralbereich der Area/Bn 6) => distale Muskulatur via Motoneuronen 

• Posterior-Parietaler Kortex  (Bn Areale 5 und 7) => Integration verschiedener sensorieller Informationen (5 über die Körperoberfläche, 7 über den Visus) => räumliche Wahrnehmung und Körperbild 

• Präfrontaler Kortex (stark mit dem Posterior-Parietaler Kortex vernetzt) => höhere/abstraktere Areale: Entscheidung, Beurteilung und Bewertung der Bewegungsplanung 

=> die Informationen aus dem Parietalen- und Präfrontalen Kortex über die zu realisierenden Bewegung werden an das prämotorische Areal (PMA: Bn 6) weitergeleitet => "Bewegungsplanung" => ist kurz vor der eigentlichen Bewegungsausführung besonders aktiv 

=> entspringen der Kortex-Schicht V, des Motokortex und ziehen als Pyramidalbahnen bis zu den spinalen Motoneuronen und Interneuronen (Pools) => 1 pyramidales Neuron kann so koordinierte Reize für Agonisten und deren Antagonisten übermitteln (Motorik + reziproke Hemmung) 

• Von anderen kortikalen Regionen: Prä-/Supplementärmotorischer Kortex (Bn 6) und vom primär-somatosensorischen Kortex (Bn 1,2,3) 

• Vom Thalamus: Ventrolat. Kerne => verknüpft den Input (Afferenz) vom Cerebellum und den Basalganglien (zur Bewegungs-Koordination) und gibt diesen an M1 weiter 

• Rückenmark => Synapsen mit den spinalen Motoneuronen 

• Subkortikale Strukturen => insb. Hirnstamm (sensomotorische Verarbeitung) 

• Bei jeder Bewegung ist ein Grossteil des Motokortex aktiv (allerdings nicht gleichermassen intensiv => Populationsvektor) 

• Es werden 2 Bewegungsaspekte kodiert: 

  • Bwegungsstärke: Frequenz 

  • Bewegungsrichtung 

  => Es sind nicht einzelne Muskeln, sondern die Art/Richtung der Bewegung  repräsentiert => erst das Zusammenspiel der verschiedenen Zellen (Population) ergibt die Bewegungssteuerung (in eine bestimmte Richtung => Richtungsvektor) 

• Striatum (Nucleuus caudatus + Putamen) => Eingangsstation für kortikale Inputs/Afferenz (Cortico-striale Bahnen) => erhält aber auch weiteren Input z.B  aus dem Hirnstamm 

• Globus pallidus (int.) => Ausgangsstation für den Output zum Thalamus 

• Nucleus subthalamicus  

=> NB: Die Substancia grigia gehört nicht zu den BG, ist aber ebenfalls stark an der Bewegungs-Filterung beteiligt => wirkt aktivierend auf das Putamen (dopaminerge Neuronen) 

=> Basalganglien + Thalamus = zentrale graue Kerne (Teil des Telcencephalons) 

=> Filtration der adäquaten Bewegung-Befehle => Bereinigen, Anpassen und Iniziieren der Bewegung => via motorischer Funktionsschleife

• Pars Reticularis => hemmt den Thalamus 

• Pars Compacta => aktiviert den direkten und hemmt den indirekten Schaltkreis der BG (=> dopaminerg): 

  • D1 Rezeptoren am Striatum werden aktiviert => hemmt den Globulus pallidus int. => Thalamus (VLK) enthemmt => aktiviert SMA (Bn 6) 

  • D2 Rezeptoren am Striatum werden gehemmt =>  Globus pallidus externus enthemmt => hemmt den Nucleus subthalamicus => verliert aktivierende Wirkung auf den Globulus pallidus int. => verliert hemmende Wirkung auf den Thalamus (VLK) => aktiviert SMA (Bn 6) 

• Wir vom Striatum gehemmt und vom Subthalamus akitviert 

=> hemmt spontan den Thalamus => keine Bewegung 

• A. cerebellum postero-inferior: Ast der A. vertebralis
• A. cerebellum anterio-inferior: Ast der A. basilaris
• A. cerebellum superior: Ast der A. basilaris

• Weisse Substanz aus der Brücke verbindet sich mit dem Kleinhirn (Pedunculus cerebelli)
  • Pedunculus cerebelli superior: Efferenz
  • Pedunculus cerebelli medius: Afferenz
  • Pedunculus cerebelli inferior: Afferenz und Efferenz, Propriozeption

Das Kleinhirn besteht aus 3 Teilen: superior, anterior, inferior.

Das Kleinhirn ist in zwei Hemisphären geteilt durch den Vermis.

Es gibt 2 Hauptfissuren: primäre und horizontale.

Innere Struktur:

• Graue Substanz: sehr gefaltet, grosse Oberfläche
• Weisse Substanz: afferente und efferente myelinisierte Axone
• Tiefe Kerne

• Molekuläre Schicht
  • 2 Typen von Neuronen, inhibitorische Interneurone: Sternneuronen, Korbneuronen
• Schicht der Purkinje Fasern
  • der Zellkörper befindet sich in der Schicht, typische Zellen des Kleinhirns, dendritische Arborisierung, inhibitorische Neurone (GABA), Purkinje Fasern (erhält sensorische Informationen) machen Synapsen mit parallelen Fasern (Axone aus der granulären Schicht) und wandernde Fasern
• Granuläre Schicht: Inhibitorische Golgi Zellen, granuläre exitatorische Zellen, Axone der exitatorischen Schaumzellen
• Darunter ist die weisse Substanz

• Vestibulo-cerebellum (ganz unten):
  • Afferenzen (sensorische Fasern aus den vestibulären Knoten à Gleichgewicht (Stützmotorik), vestibuläre Informationen, die zum auditiven Nerv verlaufen)
  • Efferenzen: vestibulärer Komplex, Feinabstimmung der Augenbewegungen, Hals und Kopf
  • Pathologie: stehende Oszillationen, Sturzgefahr, Schwierigkeiten, den Kopf zu halten
• Spino-cerebellum (in der Mitte):
  • Afferenzen kommen aus dem Hirnstamm (sensorisch) und dem Rückenmark, erhält propriozeptive, visuelle und auditive Informationen (informieren über die Stellung der Extremitäten, des Rumpfes und des Muskeltonus), somatotopische Repräsentation
  • Efferenzen gehen via Thalamus (Nucleus ruber) in den Kortex und sind für die willentlichen Bewegungen (der axialen und proximalen Muskulatur) des Kortex verantwortlich, Haltung
  • Pathologie: cerebellöse Hypotonie, Probleme beim posturalen Tonus
• Cerebro-cerebellum/Pontocerebellum (2 Teile, re/li):
  • Afferenz: hat über den Pons engen Kontakt zum Grosshirn, Afferenzen aus allen Teiles des Kortex
  • Efferenz: Efferenzen zum Thalamus und Nucleus ruber, Efferenzen gehen zum prämotorischen Kortex (Planung der Bewegung)
  • Pathologie: Probleme bei der Ausführung der willentlichen Bewegungen, Probleme im zeitlichen Timing

Das Spino-cerebellum und das cerebro-cerebellum kommuniziert mit den tiefen Knoten des Cerebellum (über Synapse).