Das motorische System ist ein komplexes Netzwerk von Strukturen im Gehirn, Rückenmark und peripheren Nerven, das für die Planung, Steuerung und Ausführung von Bewegungen verantwortlich ist. Es ermöglicht uns, willkürliche Handlungen auszuführen, die Körperhaltung aufrechtzuerhalten und auf Umweltreize zu reagieren. In diesem Artikel werden die verschiedenen Komponenten des motorischen Systems, ihre Funktionen und ihre Bedeutung für die menschliche Motorik erläutert.
Komponenten des motorischen Systems
Das motorische System besteht aus verschiedenen Komponenten, die in einer hierarchischen Struktur organisiert sind:
- Motorischer Kortex: Der motorische Kortex ist der Hauptsteuerungsbereich für willkürliche Bewegungen. Er befindet sich im Gyrus praecentralis des Frontallappens und ist somatotopisch organisiert, d.h. bestimmte Bereiche des Kortex steuern bestimmte Körperteile.
- Prämotorischer Kortex und supplementär-motorischer Cortex: Diese Bereiche sind an der Planung und Initiierung von Bewegungen beteiligt, insbesondere von komplexen Bewegungsmustern.
- Basalganglien: Die Basalganglien sind eine Gruppe von Kernen tief im Gehirn, die an der Auswahl, Initiierung und Modulation von Bewegungen beteiligt sind. Sie beeinflussen die Bewegungsprogramme bezüglich ihrer Geschwindigkeit, ihres Bewegungsausmaßes, der Kraft und Bewegungsrichtung.
- Kleinhirn: Das Kleinhirn ist für die Koordination von Bewegungen, die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts und das motorische Lernen zuständig. Es erstellt Bewegungsprogramme für schnelle Zielbewegungen, auf der Grundlage von Informationen aus den assoziativen Rindenfeldern und der vom Großhirn geplanten Bewegungsentwürfe.
- Hirnstamm: Der Hirnstamm enthält verschiedene motorische Kerne, die an der Steuerung von Reflexen, der Körperhaltung und der Augenbewegungen beteiligt sind.
- Rückenmark: Das Rückenmark ist der Hauptübertragungsweg für motorische Signale vom Gehirn zu den Muskeln. Es enthält auch Schaltkreise für Reflexe und automatische Bewegungen.
- Untere Motoneurone (uMN): Die uMN sind die letzten Neurone im motorischen System, deren Axone das ZNS verlassen und die Arbeitsmuskulatur innervieren. Sie bilden die gemeinsame Endstrecke des motorischen Systems. Es gibt zwei Arten von uMN: die Alpha- und die Gamma-MN. Die Alpha-MN innervieren die Arbeitsmuskulatur (extrafusale Fasern), die Gamma-MN versorgen die intrafusalen Fasern (Muskelspindeln).
- Muskeln: Die Muskeln sind die Effektoren des motorischen Systems. Sie kontrahieren sich als Reaktion auf motorische Signale und erzeugen so Bewegungen.
Funktionelle Aspekte des motorischen Systems
Bewegungsvorgänge können in Zielmotorik und Stützmotorik getrennt werden.
Zielmotorik
Die Zielmotorik umfasst hauptsächlich die distale Muskulatur, die für Feinbewegungen verantwortlich ist. Die Bewegung wird geplant. Daher wird sie auch als Willkürmotorik bezeichnet. Sie wird über das Pyramidenbahnsystem vermittelt. Das Pyramidenbahnsystem stellt eine Direktverbindung zwischen Pyramidenzellen im Kortex (oberes Motoneuron, oMN) und Alpha-Motoneuronen im Hirnstamm und Rückenmark (unteres Motoneuron, uMN) dar. Es dient der willkürlichen Kontraktion individueller Muskeln, insbesondere solcher, die präzise und geschickte Bewegungen der Extremitäten (Feinmotorik) ermöglichen. Das Pyramidenbahnsystem besteht aus zwei Komponenten: Die eine trennt sich bereits vor den Pyramiden (vor der Medulla oblongata) und dient der Innervation der Motoneurone der Hirnnerven (Tr. cortico-bulbaris). Die andere Komponente steigt durch die Pyramiden zu den Motoneuronen des Rückenmark ab (Tr. cortico-spinalis).
Die Kommandozentrale für die Muskulatur (die oberen MN) befindet sich in der Region des Gyrus praecentralis (primär motorischer Kortex, Area 4). Die oMN sind dort somototopisch organisiert. Die Ausdehnung einzelner Körperregionen entspricht ihrer biologischen Wichtigkeit, daher ist ihre Repräsentation verzerrt (Homunculus).
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Am Übergang von Medulla und RM kreuzen ca. 90 % der cortico-spinalen Fasern und bilden auf der Gegenseite den Tr. cortico-spinalis lateralis. Diese Bahn verläuft durch das gesamte Rückenmark neben der Basis des Hinterhorns. Die restlichen Fasern (ca. 10 %) verlaufen als Pyramidenvorderstrangbahn (Tr. cortico-spinalis ant.) abwärts. Sie verbleiben auf der gleichen Seite und kreuzen erst auf dem Segment der spinalen Endigung. Während des weiteren absteigenden Verlaufs im Rückenmark erschöpfen sich die Fasern schnell.
Stützmotorik
Außer Willkürbewegungen vermitteln die Skelettmuskeln auch die aufrechte Körperhaltung, Bewegungsabläufe beim Gehen, Sprechen und Kauen sowie erlernte Bewegungsautomatismen. Diese Bewegungskomponenten sind phylogenetisch älter als jene, die über das Pyramidenbahnsystem vermittelt werden. Sie betreffen hauptsächlich die proximale Muskulatur (Stamm- oder Axialmuskulatur), deren Innervation (Aktivierung) durch propriozeptive Eingänge bestimmt wird. Diese Bewegungskomponenten laufen weitgehend unwillkürlich (reflektorisch) ab. Daher spricht man auch von Reflexmotorik. Ihre Kontrolle erfolgt durch motorische Zentren des Kortex, durch subkortikale Kerne und durch den Hirnstamm. Daher ist dieses System aus vielgliedrigen Projektionsketten zusammengesetzt, in denen sich auch die Schaltstellen der zugehörigen Reflexe befinden. Diese Einflüsse werden (hauptsächlich) über folgende Bahnen zum uMN geleitet: a, Tr. rubro-spinalis, b, Tr. reticulo-spinalis, c, Tr. tecto-spinalis, d, Tr. vestibulo-spinalis.
Reflexe
Der Muskelregulation liegen unwillkürliche, gleichförmige Reaktionsweisen der motorischen Einheiten zugrunde, die als Reflexe bezeichnet werden. Man spricht von einem Reflex, wenn ein Reiz an einem bestimmten Ort eine Antwort zur Folge hat, die ebenfalls an eine bestimmte Lokalisation gebunden ist. Die strukturellen Bestandteile eines Reflexes werden Reflexbogen genannt und umfassen ein Rezeptorneuron, eine oder mehrere Umschaltstellen und ein Effektorneuron. Anatomisch sind Eigen- und Fremdreflexe zu unterscheiden.
Eigenreflexe
Eigenreflexe sind propriozeptive, monosynaptische Feedbackmechanismen aus den Muskeln. Sie führen zur reflektorischen Kontraktion, wenn ein Muskel gedehnt wird. Daher werden sie als Muskeldehnungsreflexe (MDR) bezeichnet. Der Rezeptor liegt in der Muskelspindel (anulospiraler Dehnungsrezeptor). Der Folgeimpuls nach Muskeldehnung verläuft über die Ia-Efferenz an die a -MN, die eine reflektorische Muskelverkürzung bewirken. Da Reiz- und Erfolgsort identisch sind, wird die Reaktion als Eigenreflex bezeichnet. Gleichzeitig hemmen die Ia-Fasern über inhibitorische Interneurone die antagonistischen Muskeln (=polysynaptische Komponente!). Die Empfindlichkeit der Muskelspindel wird durch Efferenzen der g -MN modifiziert.
Bei willkürlichen Bewegungen werden a -MN und g -MN gleichzeitig aktiviert. Dies ist als Alpha-Gamma-Ko-Aktivierung oder als Alpha-Gamma-Verbindung bezeichnet worden. Durch diese Ko-Aktivierung wird die Sensitivität der Muskelspindeln auch während einer Kontraktion des Muskels aufrecht erhalten.
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Die Prüfung der Muskeldehnungsreflexe besitzt große klinische Bedeutung. Hierbei wird der auslösende Reiz durch Beklopfen des Muskelbauchs oder der Muskelsehne gesetzt. Die wichtigsten Muskeldehnungsreflexe betreffen M. brachioradialis, Bizeps, Trizeps, Quadrizeps-Femoris ="Patellarsehnenreflex", Trizeps-surae = "Achilles-sehnen-reflex".
Fremdreflexe
Fremdreflexe sind Reflexe, bei denen gereiztes Organ und Erfolgsorgan verschieden sind. Sie sind stets polysynaptisch. Der zugehörige Reflexbogen läuft von einem Oberflächenrezeptor (Haut- bzw. Schleimhaut) zu einem Muskel (meist des gleichen oder eines benachbarten Rückenmarksegmentes). Typische Fremdreflexe sind die (schmerzausgelösten) Beugereflexe (Fluchtreflexe). Hierzu gehören z.B. die Bauchhautreflexe, aber auch andere Schutzreflexe, wie Pupillen-, Korneal-, Würge-, Husten- und Niesreflexe. Das Fehlen oder die Abschwächung der Fremdreflexe geben Hinweise auf eine (gleichseitige) Pyramidenbahnläsion, sie sind daher diagnostisch sehr wichtig. Fremdreflexe sind auch an Kaubewegungen beteiligt. Allerdings tritt hierfür neben die Kieferöffnungs- und -Schließrefelexe ein zentraler Mustergenerator, der im Hirnstamm gelegen ist.
Klinische Bedeutung des motorischen Systems
Läsionen oder Erkrankungen des Motorischen Systems können alle Ebenen betreffen. Die Krankheitssymptomatik ist dabei unterschiedlich, läßt sich jedoch bei Kenntnis seiner Organisation gut ableiten.
Eine Ausschaltung des MN oder eine Schädigung im Verlauf des Axons führt zu einer schlaffen Lähmung der betroffenen Muskeln (mit Aufhebung der Muskeldehnungsreflexe) und anschließender Muskelatrophie. Bei Unterbrechung des oberen MN (der Pyramidenbahn durch "Apoplex") tritt eine straffe oder spastische Lähmung der Muskeln auf.
Schädigung des Cerebellums (z. B. auch als Folge von chronischem Alkoholabusus) führt zu Störungen in der Feinabstimmung und Koordination von Bewegungen. Schädigungen der Basalganglien (Stammganglien) führen zu Störungen im harmonischen Bewegungsablauf. Morbus Parkinson ist eine degenerative Erkrankung der Substantia nigra mit Untergang der Dopamin-produzierenden Zellen. Läsionen des Tractus corticospinalis (Pyramidenbahn) im Bereich der Capsula interna führen zu einer Hemiplegie der Arme oder Beine.
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Motorisches Lernen und Plastizität
Das motorische System ist in der Lage, sich an neue Anforderungen anzupassen und neue Bewegungen zu erlernen. Dieser Prozess wird als motorisches Lernen bezeichnet und beruht auf der Plastizität des Gehirns, d.h. der Fähigkeit des Gehirns, seine Struktur und Funktion als Reaktion auf Erfahrungen zu verändern. Durch regelmäßiges Üben wird das Areal, in dem der trainierte Körperteil auf dem Motorcortex repräsentiert ist, größer. Und nach einer Amputation wird der Bereich, der bisher für diesen Körperteil zuständig war, umfunktioniert und übernimmt dann andere Aufgaben.
Sensorik und Motorik im Gehirn
Das Zusammenspiel von Sensorik und Motorik im Gehirn ist entscheidend für alle deine Bewegungen und Wahrnehmungen. Diese komplexe Interaktion ermöglicht es dir, auf Umweltreize zu reagieren und Aktionen auszuführen. Dein Gehirn besteht aus spezialisierten Bereichen, die spezifische Funktionen des motorischen und sensorischen Systems kontrollieren. Diese Bereiche sind verantwortlich für die Verarbeitung von Sinneswahrnehmungen und die Steuerung von Bewegungsabläufen. Der stetige Informationsaustausch ermöglicht es deinem Körper, sich flexibel an äußere Bedingungen anzupassen.
Die Wechselwirkung von sensorischen und motorischen Signalen ist ein dynamisches und kontinuierliches Phänomen, das entscheidend für dein tägliches Handeln ist. Diese Interaktion wird durch neuronale Netzwerke ermöglicht, die Signale aus dem gesamten Körper empfangen und verarbeiten.
Motorik und Sprache im Gehirn
Die Beziehung zwischen Motorik und Sprache im Gehirn ist ein spannender Bereich, der zeigt, wie eng verzahnt unsere Bewegungs- und Sprachfähigkeiten sind. Motorische Prozesse im Gehirn spielen eine zentrale Rolle bei der Sprachproduktion und -verarbeitung. Die Steuerung von Gesichtsmuskeln und Stimmbändern ist für die Artikulation unabdingbar. Die motorischen Funktionen haben einen erheblichen Einfluss auf die Sprachentwicklung, insbesondere während der Kindheit. Motorische Fähigkeiten fördern die physische Umgebungserkundung und soziale Interaktion, die unabdingbar für den Spracherwerb sind.
Verbesserung der Motorik durch Sport
Sport verbessert die motorischen Fähigkeiten, indem er Koordination, Gleichgewicht und Reaktionszeit fördert. Gleichzeitig stärkt er die Neuroplastizität, was die neuronalen Verbindungen im Gehirn erhöht und kognitive Funktionen wie Aufmerksamkeit und Gedächtnis verbessert. Das Gehirn spielt eine zentrale Rolle bei der Verbesserung motorischer Fähigkeiten durch Sport, indem es Bewegungsabläufe koordiniert und optimiert. Durch regelmäßiges Training werden motorische Fähigkeiten geschärft und die Körperwahrnehmung gesteigert. Sportarten wie Tanzen, Kampfsport, Yoga, Klettern und Ballsportarten fördern besonders die motorischen Fähigkeiten und Gehirnentwicklung.
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