Strategie, Taktik, Ausführung – die Netzwerke der Bewegungskontrolle

Grafikerin: Meike Ufer
Autor: Tanja Krämer

Egal ob wir einen Ball werfen, einen Baum erklimmen oder eine Arie singen: Jede willkürliche Bewegung unseres Körpers beginnt im Gehirn. Ein Netzwerk aus verschiedenen Hirnarealen mit unterschiedlichen Spezialfunktionen plant und organisiert im Zusammenspiel jede Regung.

Wissenschaftliche Betreuung: Hansjörg Scherberger

Veröffentlicht: 31.08.2011

Das Wichtigste in Kürze
  • Die Bewegungen des Menschen werden von einem Netzwerk verschiedener Hirnareale gesteuert und kontrolliert.
  • Daran beteiligt sind weite Teile der Hirnrinde und des Hirnstamms, sowie das Kleinhirn und das Rückenmark.
  • Die zum motorischen System gehörenden Hirnregionen besitzen unterschiedliche Aufgabenbereiche und Spezialfunktionen – von der Festlegung der Bewegungsstrategie über die konkrete Planung der Bewegung bis hin zu deren Ausführung.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Cerebellum

Kleinhirn/Cerebellum/cerebellum

Das Cerebellum (Kleinhirn) ist ein wichtiger Teil des Gehirns, an der Hinterseite des Hirnstamms und unterhalb des Okzipitallappens gelegen. Es besteht aus zwei Kleinhirnhemisphären, die vom Kleinhirncortex (Kleinhirnrinde) bedeckt werden und spielt unter anderem eine wichtige Rolle bei automatisierten motorischen Prozessen.

Rückenmark

Rückenmark/Medulla spinalis/spinal cord

Das Rückenmark ist der Teil des zentralen Nervensystems, das in der Wirbelsäule liegt. Es verfügt sowohl über die weiße Substanz der Nervenfasern, als auch über die graue Substanz der Zellkerne. Einfache Reflexe wie der Kniesehnenreflex werden bereits hier verarbeitet, da sensorische und motorische Neuronen direkt verschaltet sind. Das Rückenmark wird in Zervikal-​, Thorakal-​, Lumbal und Sakralmark unterteilt.

Es ist früh am Morgen, der Wecker klingelt. Schlaftrunken zuckt man zusammen, blinzelt mit den Augenlidern, tastet nach dem Ruhestörer und macht den Alarmton aus. Dann ein Recken, ein Räkeln, Decke zurückschlagen, Beine über die Bettkante geschwungen – und wieder beginnt ein Tag, an dem wir uns ohne Unterbrechung bewegen. Denn selbst wenn man relativ ruhig vor dem Computer sitzt: Der Körper ist immer in Aktion. Die Augen wandern über den Bildschirm, die mimischen Muskeln runzeln kurz die Stirn, Finger eilen über die Tastatur, dazwischen ein nachdenkliches Kratzen am Ohr. Kurz: Die motorischen Fähigkeiten sind für die menschliche Existenz von besonderer Bedeutung.

Auge

Augapfel/Bulbus oculi/eye bulb

Das Auge ist das Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Lichtreizen – von elektromagnetischer Strahlung eines bestimmten Frequenzbereiches. Das für den Menschen sichtbare Licht liegt im Bereich zwischen 380 und 780 Nanometer.

Ohr

Ohr/Auris/ear

Das Ohr ist nicht nur das Organ des Hörens, sondern auch des Gleichgewichts. Unterschieden werden das äußere Ohr mit Ohrmuschel und äußerem Gehörgang, das Mittelohr mit Trommelfell und den Gehörknöchelchen sowie das eigentliche Hör– und Gleichgewichtsorgan, das Innenohr mit der Gehörschnecke (Cochlea) und den Bogengängen.

Wechselspiel von Aktion und Reaktion

Wie wichtig die Motorik ist, zeigt sich auch beim Blick ins zentrale Nervensystem und auf die dahinter stehende Neurobiologie. So sind neben Bereichen von Hirnstamm und Rückenmark und dem Kleinhirn auch weite Teile der Hirnrinde, die als Sitz höherer Hirnfunktionen gilt, größtenteils damit beschäftigt, Bewegungen zu planen und zu kontrollieren.

Bewältigt wird diese Aufgabe in mehreren Schritten – von einem Netzwerk verschiedener Hirnareale mit differierenden Spezialfunktionen, die aber aufs engste zusammenarbeiten: Zunächst wird das Ziel einer motorischen Aktion festgelegt, dann eine Taktik zur optimalen Umsetzung des Ganzen entwickelt. Zuletzt folgt die Ausführung der Bewegung – und wenn etwas nicht so klappt wie gewünscht, senden Boten die schlechten Nachrichten wieder zurück nach oben, wo dann über eine Änderung der Strategie entschieden wird.

Das heißt: Signale und Informationen gehen nicht allein vom motorischen System im Gehirn in Richtung Muskeln, sondern umgekehrt werden von der Körperperipherie auch permanent Meldungen in einer Art Rückkopplungsschleife wieder zurück an die Kommandozentrale geschickt. So geben etwa spezielle Zellen in den Muskeln, den Sehnen und Gelenken, die Propriorezeptoren, dem Gehirn eine Rückmeldung über die Lage des Körpers im Raum, Sinneszellen berichten über die Kraft der jeweiligen Bewegung oder deren Erfolg. Nur so kann das Gehirn die Auswirkungen einer Bewegung wahrnehmen und im Zweifelsfall zu einem modifizierten zweiten Versuch ansetzen. Oder anders formuliert: Sensorische Informationen sind für die Bewegungskontrolle unentbehrlich. Darum müsste man richtigerweise nicht allein vom motorischen, sondern vom sensomotorischen System sprechen.

Damit es aber überhaupt zu diesen Rückmeldungen kommen kann, muss das Gehirn erst einmal eine Bewegung auslösen. Was genau dabei in welcher Reihenfolge passiert, lässt sich gut am Beispiel eines Tennisspielers beim Aufschlag nachvollziehen. Sein Ziel ist immer, den Ball so ins Feld des Gegners zu befördern, dass dieser ihn nicht oder zumindest nicht gut zurückschlagen kann. Dazu stehen mehrere Möglichkeiten zur Auswahl: Der mit Vorwärtsdrall gespielte, hoch abspringende Kick-​Aufschlag, der mit Seitenschnitt geschlagene fast wegrutschende Slice-​Service oder einfach der gerade und harte Aufschlag. Zudem kann der Aufschläger die Richtung variieren – weit an die Seite, direkt durch die Mitte auf den Körper. Je nachdem, wo sein Gegner seine Stärken und Schwächen hat, und abhängig davon, welchen Spielzug er selbst vorhat – etwa einen Netzangriff – ist mal die eine und mal die andere Variante die besser Wahl.

Hirnstamm

Hirnstamm/Truncus cerebri/brainstem

Der „Stamm“ des Gehirns, an dem alle anderen Gehirnstrukturen sozusagen „aufgehängt“ sind. Er umfasst – von unten nach oben – die Medulla oblongata, die Pons und das Mesencephalon. Nach unten geht er in das Rückenmark über.

Rückenmark

Rückenmark/Medulla spinalis/spinal cord

Das Rückenmark ist der Teil des zentralen Nervensystems, das in der Wirbelsäule liegt. Es verfügt sowohl über die weiße Substanz der Nervenfasern, als auch über die graue Substanz der Zellkerne. Einfache Reflexe wie der Kniesehnenreflex werden bereits hier verarbeitet, da sensorische und motorische Neuronen direkt verschaltet sind. Das Rückenmark wird in Zervikal-​, Thorakal-​, Lumbal und Sakralmark unterteilt.

Cerebellum

Kleinhirn/Cerebellum/cerebellum

Das Cerebellum (Kleinhirn) ist ein wichtiger Teil des Gehirns, an der Hinterseite des Hirnstamms und unterhalb des Okzipitallappens gelegen. Es besteht aus zwei Kleinhirnhemisphären, die vom Kleinhirncortex (Kleinhirnrinde) bedeckt werden und spielt unter anderem eine wichtige Rolle bei automatisierten motorischen Prozessen.

Die Festlegung einer Bewegungsstrategie

Bevor der Sportler nun zum vielleicht alles entscheidenden Aufschlag ausholt, die dahinterstehende komplexe Abfolge von Muskelkontraktionen also geplant und in Gang gesetzt werden kann, muss er abwägen, welche Technik er auswählen will. Dazu braucht es Informationen über die Position seines Körpers und die des Gegners, aber auch Daten wie Windstärke und –richtung. Anders formuliert: ein mentales Bild der Situation.

Die dafür notwendigen somatosensorischen, propiozeptiven und visuellen Informationen werden im posterioren Parietalcortex am oberen Hinterkopf verarbeitet. Der Parietalcortex ist eng mit Regionen im anterioren Frontallappen verknüpft, die beim abstraktem Denken, dem Treffen von Entscheidungen und dem Abschätzen der Folgen einer Handlung zentrale Bedeutung besitzen.

Diese präfrontalen Felder sind gemeinsam mit dem posterioren Parietalcortex dafür zuständig, das Ziel einer Bewegung festzulegen und die Strategie zu klären, mit der sich selbiges am besten erreichen lässt. Hier werden Entscheidungen über Handlungsweisen gefällt, also auch über die Art des Aufschlags. Dabei spielen frühere Erfahrungen, die der Tennisspieler etwa im bisherigen Verlauf des Matchs gemacht hat, eine wichtige Rolle. Zum Beispiel, dass die Rückhand des Gegners schwächer ist als die Vorhand. Die strategischen Abwägungen könnten dann so aussehen:

Bewegungsziel 1: Den Gegner mit dem Aufschlag zu einem Fehler oder einem harmlosen Rückschlag zu zwingen, um den Punkt und damit das Match zu gewinnen.Bewegungsziel 2: Selbst keinen Aufschlagfehler machen.Information A: Gegner hat Schwächen bei der Rückhand gezeigt.Information B: Der Kick-​Aufschlag ist meine sicherste Variante.Information C: Der Kontrahent steht relativ weit auf seiner Vorhandseite.Ergo, beste Strategie: Ein Kick-​Aufschlag auf die Rückhand-​Seite, mit sicherem Abstand zur Seitenlinie, um das Risiko eines Aus-​Balls zu minimieren.

Frontallappen

Frontallappen/Lobus frontalis/frontal lobe

Der frontale Cortex ist der größte der vier Lappen der Großhirnrinde und entsprechend umfassend sind seine Funktionen. Der vordere Bereich, der so genannte präfrontale Cortex, ist für komplexe Handlungsplanung (so genannte Exekutivfunktionen) verantwortlich, die auch unsere Persönlichkeit prägt. Seine Entwicklung (Myelinisierung) braucht bis zu 30 Jahren und ist selbst dann noch nicht ganz abgeschlossen. Weitere wichtige Bestandteile des frontalen Cortex sind das Broca-​Areal, welches unser sprachliches Ausdrucksvermögen steuert, sowie der primäre Motorcortex, der Bewegungsimpulse in den gesamten Körper aussendet.

Planung und Initiierung

Sowohl der präfrontale als auch der parietale Cortex senden Axone in das prämotorische und das supplementär-​motorische Areal. In diesen beiden zum Motorcortex gehörenden Bereichen der Hirnrinde wird die Entscheidung bis zur Ausführung gespeichert – zum Beispiel, wenn der Aufschläger nicht sofort loslegen kann, weil sein Gegenüber sich die Hände an der Hose abwischt, um einen besseren Halt am Schläger zu haben. Ist klar, dass es nun losgehen kann – eine Information, die über verschiedene weitere Stufen vermittelt wird –, geht es an die Umsetzung der Strategie. Jetzt muss ein Bewegungsplan erstellt werden, in dem festlegt ist, welche Muskeln in welcher Reihenfolge und Intensität angespannt werden sollen.

Die Aufgabe, den räumlich-​zeitlichen Ablauf der Muskelkontraktionen so zu organisieren, dass das Bewegungsziel optimal erreicht wird, übernehmen Motorcortex, Basalganglien und Kleinhirn (Cerebellum). Während Frontal– und Parietalcortex also das „Was“ festlegen, bestimmen diese Hirnareale das „Wie“ einer motorischen Handlung. Patienten mit Schädigungen des Kleinhirns machen deutlich, wie wichtig es für unsere motorischen Fähigkeiten ist. Selbst einfache Bewegungsfolgen stellen für diese Menschen eine unlösbare Aufgaben dar, weil sie zum Beispiel beim Greifen eines Glases nicht nacheinander den Arm senken, die Hand öffnen und dann die Finger schließen, sondern die einzelnen Bewegungen ungeordnet ausführen. Auch die Unbeholfenheit Betrunkener hat ihre Ursache vor allem in einer alkoholbedingten Einschränkung der Funktion des Kleinhirns.

Damit der Tennisspieler dann schlussendlich seine Finger fest um den Ball schließt, diesen hochwirft, die Muskeln anspannt und zum Aufschlag ausholt, muss der Bewegungsentwurf zu den Muskeln gelangen. Dies geschieht über Leitungsbahnen, die im primären Motorcortex entspringen, um dann im Rückenmark abwärts zu ziehen. Über sie kommuniziert das Gehirn mit den Motoneuronen des Rückenmarks, die über ihre Axone mit bestimmten Muskeln und Muskelgruppen verbunden sind. Die spinalen Motoneurone lösen über die Aktivierung der Muskelzellen dann die Bewegung aus. Der Tennisspieler schlägt auf, der Gegner schafft einen guten Return – und der Ballwechsel nimmt seinen Lauf.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Axon

Axon/-/axon

Das Axon ist der Fortsatz der Nervenzelle, der für die Weiterleitung eines Nervenimpulses zur nächsten Zelle zuständig ist. Ein Axon kann sich vielfach verzweigen, und so eine Vielzahl nachgeschalteter Nervenzellen erreichen. Seine Länge kann mehr als einen Meter betragen. Das Axon endet in einer oder mehreren Synapse(n).

Primärer motorischer Cortex

Primärer motorischer Cortex/-/primary motor cortex

Ein Areal des Frontallappens in der Vorderwand der Zentralfurche. Er gilt als übergeordnete Steuereinheit, zuständig für willkürliche — und Feinmotorik. Hier sitzen die Zellkörper der zentralen Motoneurone, deren Axone zu den Basalganglien, zu zahlreichen Kerngebieten im Hirnstamm und zum Rückenmark ziehen. Nur im primären motorischen Cortex kommen die Betz-​Riesenzellen vor, besonders große Motoneurone, deren Axone ohne vorherige synaptische Umschaltung direkt zu den Motoneuronen im Vorderhorn des Rückenmarks ziehen.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Basalganglien

Basalganglien/Nuclei basales/basal ganglia

Basalganglien sind eine Gruppe subcorticaler Kerne (unterhalb der Großhirnrinde gelegen) im Telencephalon. Zu den Basalganglien zählen der Globus pallidus und das Striatum, manche Autoren schließen weitere Strukturen mit ein, wie z. B. das Claustrum. Die Basalganglien werden primär mit der Willkürmotorik in Verbindung gebracht.

Cerebellum

Kleinhirn/Cerebellum/cerebellum

Das Cerebellum (Kleinhirn) ist ein wichtiger Teil des Gehirns, an der Hinterseite des Hirnstamms und unterhalb des Okzipitallappens gelegen. Es besteht aus zwei Kleinhirnhemisphären, die vom Kleinhirncortex (Kleinhirnrinde) bedeckt werden und spielt unter anderem eine wichtige Rolle bei automatisierten motorischen Prozessen.

Cerebellum

Kleinhirn/Cerebellum/cerebellum

Das Cerebellum (Kleinhirn) ist ein wichtiger Teil des Gehirns, an der Hinterseite des Hirnstamms und unterhalb des Okzipitallappens gelegen. Es besteht aus zwei Kleinhirnhemisphären, die vom Kleinhirncortex (Kleinhirnrinde) bedeckt werden und spielt unter anderem eine wichtige Rolle bei automatisierten motorischen Prozessen.

Cerebellum

Kleinhirn/Cerebellum/cerebellum

Das Cerebellum (Kleinhirn) ist ein wichtiger Teil des Gehirns, an der Hinterseite des Hirnstamms und unterhalb des Okzipitallappens gelegen. Es besteht aus zwei Kleinhirnhemisphären, die vom Kleinhirncortex (Kleinhirnrinde) bedeckt werden und spielt unter anderem eine wichtige Rolle bei automatisierten motorischen Prozessen.

Rückenmark

Rückenmark/Medulla spinalis/spinal cord

Das Rückenmark ist der Teil des zentralen Nervensystems, das in der Wirbelsäule liegt. Es verfügt sowohl über die weiße Substanz der Nervenfasern, als auch über die graue Substanz der Zellkerne. Einfache Reflexe wie der Kniesehnenreflex werden bereits hier verarbeitet, da sensorische und motorische Neuronen direkt verschaltet sind. Das Rückenmark wird in Zervikal-​, Thorakal-​, Lumbal und Sakralmark unterteilt.

Übung macht den Bewegungs-​Meister

Nun gibt es Bewegungen, die sehr grob sind – etwa das Rudern mit den Armen. Andere hingegen, wie das Schreiben mit einem Stift, sind genau abgestimmt und fein moduliert. Die Feinmotorik einer Bewegung hängt unter anderem von der Zahl der unteren Motoneurone im Rückenmark ab: Wenn viele untere Motoneurone für die Bewegung einer Muskelgruppe abgestellt sind, kann diese Bewegung feiner ausgeführt werden. Bestes Beispiel dafür sind die mit zahlreichen kleinen Muskeln und entsprechend vielen dieser lenkenden Motoneuronen ausgestatteten Finger. Wer sich jedoch intensiv mit einer Bewegungsfolge beschäftigt – heißt: viel übt –, kann die Feinabstimmung aber auch beeinflussen: Musiker zum Beispiel können die Motorik ihrer Finger, Hände und Arme besonders gut koordinieren, Sportler wie unser Tennisspieler ihre Kraft.

Studien an Ratten legen nahe, dass diese Fähigkeit zum motorischen Lernen auch auf einer Reorganisation der Neuronennetze im primären Motorcortex beruht: Werden Nervenzellgruppen, die eigentlich für eine Bewegung reserviert waren, wenig genutzt, können sie anscheinend auf die Steuerung anderer Bewegungen umgeschult werden. Diese Eigenschaft macht man sich in der Rehabilitation nach Hirnschäden zu Nutze: Hat ein Patient nach einem Unfall oder Schlaganfall bestimmte motorische Fähigkeiten verloren, kann er sie mit viel Übung und Geduld bis zu einem bestimmten Grad neu erlernen. Für die Betroffenen ein enormer Gewinn an Lebensqualität, auch wenn Tennisspielen dann meist nicht mehr möglich ist.

Rückenmark

Rückenmark/Medulla spinalis/spinal cord

Das Rückenmark ist der Teil des zentralen Nervensystems, das in der Wirbelsäule liegt. Es verfügt sowohl über die weiße Substanz der Nervenfasern, als auch über die graue Substanz der Zellkerne. Einfache Reflexe wie der Kniesehnenreflex werden bereits hier verarbeitet, da sensorische und motorische Neuronen direkt verschaltet sind. Das Rückenmark wird in Zervikal-​, Thorakal-​, Lumbal und Sakralmark unterteilt.

Primärer motorischer Cortex

Primärer motorischer Cortex/-/primary motor cortex

Ein Areal des Frontallappens in der Vorderwand der Zentralfurche. Er gilt als übergeordnete Steuereinheit, zuständig für willkürliche — und Feinmotorik. Hier sitzen die Zellkörper der zentralen Motoneurone, deren Axone zu den Basalganglien, zu zahlreichen Kerngebieten im Hirnstamm und zum Rückenmark ziehen. Nur im primären motorischen Cortex kommen die Betz-​Riesenzellen vor, besonders große Motoneurone, deren Axone ohne vorherige synaptische Umschaltung direkt zu den Motoneuronen im Vorderhorn des Rückenmarks ziehen.

Schlaganfall

Schlaganfall/Apoplexia cerebri/stroke

Bei einem Schlaganfall werden das Gehirn oder Teile davon zeitweilig nicht mehr richtig mit Blut versorgt. Dadurch kommt es zu einer Unterversorgung mit Sauerstoff und dem Energieträger Glukose. Häufigster Auslöser des Schlafanfalls ist eine Verengung der Arterien. Zu den häufigsten Symptomen zählen plötzliche Sehstörungen, Schwindel sowie Lähmungserscheinungen. Als Langzeitfolgen können verschiedene Arten von Gefühls– und Bewegungsstörungen auftreten. In Deutschland ging 2006 jeder dritte Todesfall auf einen Schlaganfall zurück.

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