Zusätzliches Bewegungszentrum ermöglicht komplexe, flexible Steuerung menschlicher Muskeln

Menschen verdanken die hervorragende Feinmotorik einer doppelten Steuerzentrale im Gehirn, haben zwei US-Forscher entdeckt: Während die meisten Säugetiere lediglich ein einziges Kontrollzentrum für Bewegungen besitzen, verfügen Menschen, Menschenaffen und einige andere Primaten über zwei – einen älteren Teil, der dem bei anderen Tieren entspricht, und einen neueren, der für die Steuerung komplexer, feiner Bewegungen von Händen, Armen und Schultern zuständig ist. Dieser neue Teil ist sehr viel direkter mit den Muskeln verbunden als der alte und dadurch auch wesentlich leistungsfähiger, schreiben die beiden Wissenschaftler.

Für die Steuerung von Bewegungen ist der primäre Motorcortex des Gehirns zuständig, ein Teil der Großhirnrinde im Stirnlappen. Die darin beheimateten Nervenzellen besitzen lange Fortsätze, die weit ins Rückenmark hineinreichen und dort Kontakte zu anderen Nerven ausbilden. Einige dieser Zellen sind mit sogenannten Schaltneuronen des Rückenmarks verbunden – Nervenzellen, die wie eine Art Verlängerungskabel wirken und lediglich eine Verbindung zu weiteren, in den Körper führenden Nerven herstellen. Andere hingegen haben direkte Kontakte zu den Nervenzellen, die die Muskelkontraktionen steuern. Sie gelten wegen dieser direkteren Verschaltung als entscheidend für die Steuerung komplexer Bewegungen.

Wie diese beiden Zelltypen im Bewegungszentrum verteilt sind, haben Rathelot und Strick nun mit Hilfe eines Tricks untersucht. Dazu injizierten sie Rhesus-Affen Tollwut-Viren gezielt in einzelne Muskeln von Schultern, Armen und Händen. Diese Erreger haben die einzigartige Fähigkeit, Nerven entlangzuwandern und dabei auch Schaltstellen zu überwinden. Die ersten Gehirnzellen, in denen die Viren auftauchen, sind somit diejenigen, die am direktesten mit dem jeweiligen Muskel verbunden sind. Überraschenderweise fanden sich nahezu alle Nervenzellen mit direkten Verbindungen zu den Arm- und Schultermuskeln in einem begrenzten Teil am rückwärtigen Rand des Bewegungszentrums, zeigte die Auswertung.

Der primäre Motorcortex ist bei den Tieren also zweigeteilt: Ein Teil steuert Bewegungen nur indirekt über einen Schaltkreis im Rückenmark, während der andere einen direkten Zugang zu den Muskeln der vorderen Gliedmaßen hat. Eine ausschließlich indirekte Steuerung finde man etwa Totenkopfäffchen, berichten die Forscher: Sie können ihre Finger nicht unabhängig voneinander bewegen und Gegenstände nur in einer relativ ungezielten Wischbewegung aufnehmen. Kapuzineräffchen hingegen besitzen beide Bewegungszentren und sind in der Lage, mit fein koordinierten Griffen auch kleine Objekte aufzuheben.

Da diese direkte Steuerung ausschließlich bei einigen wenigen Affen und, deutlich ausgeprägter, bei Menschenaffen und Menschen auftrete, handele es sich wohl um eine recht neue Erfindung der Evolution, glauben die Forscher. Sie vermuten, dass sie und das damit einhergehende neue Bewegungszentrum im Gehirn erst die Voraussetzungen für den Gebrauch von Werkzeug und damit die Entwicklung der Kultur geschaffen hat.


Jean-Alban Rathelot und Peter Strick (University of Pittsburgh): PNAS, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1073/pnas.0808362106