Willkürliche Bewegung: Die Rolle des Gehirns und beteiligte Areale

Das Gehirn ist ein komplexes Organ, das eine Vielzahl von Funktionen steuert, darunter auch willkürliche Bewegungen. In den letzten Jahren hat die Hirnforschung große Fortschritte gemacht und eine Unmenge neuer Erkenntnisse über das Gehirn, seine Struktur und die in ihm ablaufenden Prozesse gesammelt. Das Gehirn ist ein sehr komplexes Organ und seine Struktur hat sich über viele Jahrhunderte und Jahrmillionen entwickelt. Dabei gibt es bestimmte Bereiche in unserem Gehirn, die denen unserer Vorfahren sehr ähnlich sind und sich gar nicht so stark weiterentwickelt haben. Dies ist ein Hinweis darauf, dass es sich um sehr wichtige Bereiche handelt, die unser Überleben sichern.

Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Hirnareale, die an der Planung, Ausführung und Koordination willkürlicher Bewegungen beteiligt sind.

Überblick über das Gehirn

Das Gehirn hat ein mittleres Gewicht von 1.245 g bei Frauen und von 1.375 g bei Männern. Den meisten Platz nimmt das Großhirn ein, das aus zwei Hälften (Hemisphären) besteht, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Unser Gehirn besteht aus 2 Hälften. Damit sich beide Gehirnhälften untereinander austauschen können, braucht sie eine Verbindung - das Corpus callosum. Wenn wir diesen Balken nicht hätten, wüsste die eine Hälfte vom Gehirn nicht, was die andere Hälfte vom Gehirn gerade macht.

In der linken Hirnhälfte sind z.B. Sprache, Denkprozesse, Mathematik und Logik verankert, in der rechten Hemisphäre visuell-räumliche Wahrnehmung, Gefühle, Kreativität, Fantasie, Kunst und Musik.

Der Cortex besteht aus vier Teilen, diese heißen auch Lappen. Der Cortex ist nicht so glatt wie das Äußere deines Kopfes, sondern er hat Vertiefungen und Erhöhungen, so wie Täler und Hügel. Man kann sich das Gehirn wie eine Landschaft vorstellen, mit hohen Bergen und tiefen Tälern. Ein Gyrus wäre dann eines dieser Berge. Der äußere Teil des Gehirns ist der Kortex. Diesen kannst du dir vorstellen, wie die Rinde an einem Baum. Der Kortex ist nicht so glatt wie das Äußere deines Kopfes, sondern er hat Vertiefungen und Erhöhungen, so wie Täler und Hügel.

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Die vier Hauptlappen des Gehirns

• Der Frontallappen (Stirnlappen): Der Frontallappen ist der Bereich im Gehirn, der direkt hinter deiner Stirn liegt. Der Stirnlappen umfasst etwa 25% der Gehirnmasse. Er ist zuständig für die Kontrolle der Motorik inklusive des Sprechens. Auch findet hier die grammatikalische Verarbeitung der Sprache statt (Broca Areal). Der Stirnlappen "enthält" das Bewusstsein; in ihm werden Gedanken, Gefühle und Stimmungen wahrgenommen. Ferner laufen im Stirnlappen kognitive Prozesse wie Konzentrieren, Denken, Planen, Urteilen und Entscheiden ab; hier befindet sich das Kurzzeit- bzw. Arbeitsgedächtnis. Außerdem ist der Stirnlappen Sitz des Willens und der Persönlichkeit.
• Der Parietallappen (Scheitellappen): Der Scheitellappen ist zuständig für selektive Aufmerksamkeit, die Integration sensorischer Informationen, die räumliche Orientierung und die visuelle Steuerung von Bewegungen. Hier haben räumliches Denken, Geometrie, Rechnen und Lesen ihren Platz.
• Der Temporallappen (Schläfenlappen): Der Schläfenlappen ist verantwortlich für das Hören und das Wortverständnis, aber auch für Musik und andere auditive Informationen. Hier ist das Sprach- bzw. lexikalische Wissen zu finden (Wernicke-Zentrum). Dieser Gehirnbereich ist wichtig, wenn du Englisch-Vokabeln lernst. Du wiederholst eine Vokabel immer wieder und kannst sie dann bei einem Test problemlos aufschreiben.
• Der Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): Das Gehirn besteht aus vier Lappen und der hinterste davon ist der Hinterhauptlappen, auch Okzipitallappen genannt. Dieser befindet sich dort, wo dein Hinterkopf ist. Arterie, die hauptsächlich den Okzipitallappen (hinterer Teil des Neocortex) und Teile des Temporallappens (seitlicher Hirnhälfte) versorgt.

Weitere wichtige Hirnbereiche

• Der Insellappen: Der Insellappen, der kleinste Abschnitt des Großhirns, ist für das Riechen und Schmecken zuständig. Hier werden Körperempfindungen wie Hunger, Durst, Schmerz oder Blasendruck wahrgenommen, aber auch andere Gefühle.
• Das Kleinhirn: Der nach dem Großhirn zweitgrößte Bereich des Gehirns ist das Kleinhirn, das ebenfalls aus zwei Hemisphären besteht. Es steuert unbewusst die Muskulatur und hält den Körper im Gleichgewicht. Ferner bekommt es über die Brücke willkürliche Bewegungsimpulse aus dem Großhirn und koordiniert die jeweiligen Bewegungen. Außerdem hat das Kleinhirn die Aufgabe, automatisierte Bewegungsabläufe wie z.B.
• Das Zwischenhirn: Das Zwischenhirn umfasst unter anderem den Thalamus und den Hypothalamus. Der Thalamus empfängt zunächst die Wahrnehmungen der Sinnesorgane sowie Empfindungen aus dem Körper. Es erfolgt dann eine primitive Informationsverarbeitung, wobei der Thalamus als Filter fungiert und z.B. anhand von Situationen wie Schlaf oder Nahrungszunahme entscheidet, welche Informationen an das Großhirn weitergeleitet werden sollen. Deshalb wird er oft als "Tor zum Bewusstsein" bezeichnet. Zugleich wird das Großhirn vor Überlastung geschützt. Der Hypothalamus ist das wichtigste Steuerzentrum des vegetativen Nervensystems. Er kontrolliert lebenswichtige Funktionen wie Körpertemperatur, Blutdruck, Nahrungs- und Wasseraufnahme, Schlaf und Geschlechtstrieb.
• Der Hirnstamm: Der Hirnstamm bzw. das Stammhirn ist der entwicklungsgeschichtlich älteste Bereich unseres Gehirns. Der Hirnstamm umfasst das Mittelhirn, die bereits erwähnte Brücke und das verlängerte Rückenmark (Nachhirn). Das Mittelhirn ist eine Umschaltstelle, die Nervenerregungen über das Zwischenhirn an das Großhirn weiterleitet oder auf motorische Nervenzellen umlenkt. Ferner steuert es die meisten Gesichts- und Augenmuskeln. Die Brücke ist ebenfalls eine Umschaltstation, insbesondere für Erregungen, die zwischen den beiden Hälften des Großhirns bzw. des Kleinhirns verlaufen. Das verlängerte Mark steuert grundlegende und überlebenswichtige Funktionen wie Herzfrequenz, Atmung und Blutkreislauf.

Die neuronale Grundlage von Bewegungen

Das Gehirn besteht aus rund 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen), die über 100 Billionen Synapsen (Kontaktstellen) mit anderen Neuronen kommunizieren. Somit ist eine Nervenzelle im Durchschnitt mit 1.000 anderen Neuronen verbunden. Dazu hat jede Nervenzelle ein Axon, das zwischen Bruchteilen eines Millimeters und mehr als einem Meter lang sein kann, und Dendriten, die sie mit vielen anderen Neuronen verbinden. Während ein Neuron seinen Input über die Dendriten erhält, leitet es nach Verarbeitung desselben seinen Output über das Axon weiter. Innerhalb der Nervenzelle geschieht dies durch elektrische Signale. Zwischen den Neuronen erfolgt die Kommunikation hingegen durch den Austausch von Neurotransmittern, d.h. von komplexen Aminosäuren wie Serotonin, Endorphin, Dopamin, Adrenalin usw. Diese werden am Ende eines Axons - also an einer seiner vielen Synapsen - freigesetzt, überqueren den synaptischen Spalt und werden dann von den Rezeptoren der Synapse eines Dendrits aufgenommen und wieder in einen elektrischen Impuls umgewandelt. Sobald der Neurotransmitter seine Aufgabe erledigt hat, sorgen Enzyme im synaptischen Spalt für die Trennung von Transmitter und Rezeptor. Eher selten werden zwischen den Synapsen auch Ionen ausgetauscht, also elektrisch positiv bzw. negativ geladene Atome oder Moleküle. Die meisten elektrischen Signale laufen somit innerhalb der Neuronen ab. Neuronen machen aber nur die Hälfte der Masse des Gehirns aus. Die andere Hälfte umfasst die sehr viel kleineren Gliazellen - ihre Zahl ist etwa 10-mal höher als die der Nervenzellen. Gliazellen bilden ein Stützgerüst für die Neuronen und sind am Stoff- und Flüssigkeitstransport im Gehirn beteiligt. Sie umhüllen die Axone segmentweise mit einer Myelinschicht, wobei kleine Bereiche, sogenannte Ranviersche Schnürringe, zwischen jeweils zwei Segmenten unbedeckt bleiben. Diese Myelinschicht sorgt für die elektrische Isolation der Nervenzellen. Nach neuesten Erkenntnissen sind Gliazellen auch an der Informationsverarbeitung, am Lernen und an höheren Denkprozessen beteiligt. Sie kommunizieren mit den Nervenzellen, reagieren aber genauso auf deren elektrische Aktivität.

Hirnareale, die an willkürlichen Bewegungen beteiligt sind

Prinzipiell werden in den Hirnlappen primäre und sekundäre Assoziationsareale unterschieden. Von den primären Arealen gehen direkte Nervenverbindungen zu den Sinnesorganen. Die sekundären Assoziationsareale sind über Parallelfasern untereinander verknüpft und speichern das unbewusst oder bewusst erlernte Wissen. Insbesondere an hoch komplexen Abläufen sind somit viele Bereiche des Gehirns beteiligt.

Motorischer Kortex

Der motorische Kortex, der sich im Frontallappen befindet, spielt eine zentrale Rolle bei der Planung, Kontrolle und Ausführung willkürlicher Bewegungen. Er besteht aus verschiedenen Arealen, darunter:

• Primär motorischer Kortex: Dieses Areal ist direkt für die Auslösung von Bewegungen verantwortlich. Verschiedene Bereiche des primär motorischen Kortex steuern unterschiedliche Körperteile.
• Prämotorischer Kortex: Dieses Areal ist an der Planung und Vorbereitung von Bewegungen beteiligt. Es speichert Bewegungsmuster und koordiniert komplexe Bewegungsabläufe.
• Supplementär motorisches Areal (SMA): Dieses Areal ist ebenfalls an der Planung von Bewegungen beteiligt, insbesondere an der Sequenzierung von Bewegungen und der Koordination beider Körperseiten.

Basalganglien

Die Basalganglien sind eine Gruppe von Kernen, die tief im Gehirn liegen. Sie sind an der Auswahl, Initiierung und Unterdrückung von Bewegungen beteiligt. Sie helfen, unerwünschte Bewegungen zu verhindern und zielgerichtete Bewegungen zu fördern. Die Capsula Interna ist wie eine Straßenkreuzung. Hier laufen verschiedene Wege zusammen. Jeder Weg ist besonders wichtig für unsere Motorik.

Kleinhirn

Das Kleinhirn spielt eine wichtige Rolle bei der Koordination von Bewegungen, dem Gleichgewicht und der Feinabstimmung von Bewegungen. Es erhält Informationen aus dem motorischen Kortex, dem Rückenmark und den sensorischen Systemen und trägt dazu bei, Bewegungen präzise und flüssig auszuführen.

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Parietallappen

Der Parietallappen ist an der räumlichen Orientierung und der Integration sensorischer Informationen beteiligt. Er liefert dem motorischen Kortex Informationen über die Position des Körpers im Raum und hilft bei der Planung von Bewegungen, die auf sensorischen Informationen basieren.

Weitere beteiligte Strukturen

Neben den genannten Hirnarealen sind auch andere Strukturen an willkürlichen Bewegungen beteiligt, darunter:

• Thalamus: Der Thalamus dient als Relaisstation für sensorische und motorische Informationen, die zwischen dem Kortex und anderen Hirnregionen ausgetauscht werden.
• Hirnstamm: Der Hirnstamm enthält wichtige motorische Zentren, die an der Steuerung von Reflexen und grundlegenden Bewegungsmustern beteiligt sind.
• Rückenmark: Das Rückenmark leitet motorische Befehle vom Gehirn zu den Muskeln und sensorische Informationen vom Körper zum Gehirn. In ihnen beginnen die motorischen Hirnnerven und hier kommen die sensorischen Informationen an. Hirnnervenkerne kann man sich wie eine Telefonzentrale des Körpers vorstellen. Dabei sind senden die Mitarbeiter der Zentrale Informationen dazu aus, wie und wann sich der Körper bewegen soll. Die Muskeln nehmen die Anrufe entgegen und verhalten sich entsprechend der Anweisung. Die Telefonzentrale erhält aber auch Anrufe von den Sinnesorganen. Wenn du zum Beispiel gerade den Wasserhahn aufdrehst, die Hand darunter hältst und ganz heißes Wasser herauskommt, dann kommt ein Anruf deiner Hautzellen der Hand an die Telefonzentrale („Vorsicht, heiß!“). Die Telefonzentrale ruft dann bei den Muskeln der Hand an („Hand zurückziehen!“) und du ziehst deine Hand unter dem heißen Wasser weg. Dies läuft binnen Sekunden in den Hirnnervenkernen ab.

Störungen willkürlicher Bewegungen

Schädigungen oder Funktionsstörungen der an willkürlichen Bewegungen beteiligten Hirnareale können zu verschiedenen Bewegungsstörungen führen. Einige Beispiele sind:

• Apraxie: Störung im Bewegungsablauf, zielgerichtete oder absichtliche (sog. willkürliche) Bewegungen können nicht ausgeführt werden, da der Antrieb zur Bewegung und/oder deren Koordination eingeschränkt ist. Ursachen sind häufig ein Verschluss der Arteria cerebri media oder aufgrund von Traumata, Blutungen und eines Tumors. Störung im Bewegungsablauf kann ganz viele Auswirkungen haben. Menschen mit einer Ataxie haben eine bestimmte Handlung vor, können sie aber nicht ausführen.
• Aphasie: Sprachstörung; ihre verschiedenen Ausprägungen werden durch Schädigung verschiedener Hirnstrukturen hervorgerufen.Störung im Sprachbereich, meist ist alles, was mit Sprache zu tun (sprechen, Gesprochenes verstehen, schreiben und lesen) in ähnlicher Art gestört. Die Ursache ist häufig eine Minderdurchblutung der sprachrelevanten Areale im Gehirn (Broca oder bzw. Es handelt sich um Sprachstörung wie z. B. wenn die Mama auf einmal zu dem Hammer Bohrmaschine und zu dem Brettchen Bratwurst sagt. Ich war beim Friseur und der hat. Eine Sprachstörung bei der die Sprachmotorik gestört ist. Frau Jäger sagt: "Ja … Garten … Sohn … Schi … toch … äh … Sohn und … Schiebetochte … Faul … nein … Faumen fülken … nein … Korb Faumen … Garten … ich Sonne sitzen, dann … hause … Kuchen backen … Frau Jäger. weiß was sie sagen möchte und kennt die Worte, aber sie schafft es nicht sie auszusprechen. des Gehirns, hier wird die Sprachmotorik geplant. Betroffene, die eine Störung im Broca-Areal haben, haben Probleme zu sprechen. Der Fasciculus arcuatus ist eine Verbindung zwischen dem Broca- und dem Wernicke-Areal. Stell dir diese Verbindung wie eine Autobahn vor, auf der Lieferwagen wichtige Waren von einem Ort zum anderen und wieder zurück transportieren.
• Dysarthrie: beeinträchtigt. Menschen mit einer Dysarthrie sprechen meist leise und monoton - etwa wie ein Roboter.
• Hemiparese: Menschen mit einer Hemiparese haben eine Körperseite gelähmt. Zum Beispiel können sie ihren rechten Arm und ihr rechts Bein überhaupt nicht bewegen, auch wenn sie es gerne würden. Der linke Arm und das linke Bein funktionieren jedoch ganz normal. (ggf. Das andere Hauptsymptom eines Verschlusses der Arteria cerebri media ist eine kontralaterale Hemiparese.

Neuroplastizität und Rehabilitation

Das Gehirn besitzt die bemerkenswerte Fähigkeit, sich nach Schädigungen neu zu organisieren und Funktionen zu kompensieren. Diese Fähigkeit wird als Neuroplastizität bezeichnet. Durch gezielte Rehabilitationstherapien können Patienten mit Bewegungsstörungen lernen, verlorene Funktionen wiederzuerlangen oder alternative Bewegungsstrategien zu entwickeln. Unser Denkorgan ist eine Dauerbaustelle. Von der Kindheit bis ins hohe Alter ändert es permanent seine Verschaltungen, um sich an Neues anzupassen. Ulman Lindenberger erforscht am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung in Berlin, wie das Gehirn beim Lernen umgebaut wird. Plastizität bedeutet hier einen Umbau des Gehirns und eine Veränderung des Verhaltens. Dazu kommt es, wenn das Leistungsniveau des Gehirns und die gestellten Anforderungen länger voneinander abweichen. Ähnlich einem Apfelbaum im Garten, der langsam, aber beständig mit dem Licht wächst, passt sich unser Gehirn zeitlebens den herrschenden Umweltanforderungen an. Neue Äste sprießen dort am stärksten, wo die meiste Sonne hinfällt. Und wie ein einzelner Ast absterben kann, wenn er nur noch im Schatten steht, können auch Gehirnstrukturen verkümmern, wenn die entsprechenden Fähigkeiten länger nicht beansprucht werden. Plastische Veränderung kann Aufbau und Abbau umfassen. Wo genau im Gehirn es zu plastischen Veränderungen kam, wiesen die Wissenschaftler mit einem speziellen Verfahren der Magnetresonanztomografie (MRT) nach: Dabei wird aus den MRT-Bildern die Diffusionsbewegung von Wassermolekülen im Gehirngewebe berechnet. Aus den Diffusionseigenschaften des Gewebes ziehen die Psychologen Rückschlüsse auf die anatomische Beschaffenheit, etwa die Nervenfaserdichte. Die Messungen deuteten darauf hin, dass sich bei den trainierten Probanden beider Altersgruppen im vorderen Teil des Corpus callosum die Anzahl der Nervenfasern erhöht hatte. Über diese Hirnstruktur, auch Balken genannt, kommunizieren die beiden Hemisphären unseres Großhirns miteinander. Der vordere Teil des Balkens ist genau die Stelle, an der wir eine Veränderung erwartet hatten, denn bei Aufgaben wie diesen, die das Frontalhirn beanspruchen, ist vor allem die Verbindung der beiden Frontalhirnhälften aktiv. Durch das Training werden die beiden Hirnhälften also stärker miteinander vernetzt.

Neuroathletik als Ansatz zur Verbesserung der Bewegung

Die Neuroathletik beschäftigt sich v.a. mit dem Gehirn. Dabei wird mit dem neuronalen Output gearbeitet: dem Symptom. Sie richtet sich nicht nur an Sportler, sondern ebenso an Menschen mit klassischen Alltagsbeschwerden. Das Gehirn analysiert ständig äußere und innere Reize. Es vergleicht ständig äußeren Gegebenheiten und internen Prozessen (Herzfrequenz, Muskeltonus etc.). Parietal- und Frontallappen im Großhirn von Bedeutung sowie propriozeptiven Systemen. Mesencaphalon (Mittelhirn) im Fokus und die Atmung gesteuert. Der Output hängt somit maßgeblich vom Ablauf der zentralen Reizverarbeitung ab. Wir unterteilen den oben beschriebenen Output in einen willkürlichen und einen reflexiven Anteil. Die willkürlichen Bewegungen machen jedoch nur 10% des Outputs aus. Viele vernachlässigen aber die reflexive Stabilität. Auch hierauf sollte immer geachtet werden. Wenn die reflexive Stabilität genug ist, kann die Bewegung der anderen maximal stark und präzise ausgeführt werden. Die linke Körperhälfte nicht gut stabilisiert ist, kann ich mit rechts weniger gut schießen, werfen oder greifen.

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Das Training verläuft nach dem Test-Retest-Prinzip. Die Reizverarbeitung innerhalb von Millisekunden abläuft, reichen schon wenige Wiederholungen bzw. aus, um herauszufinden, ob eine Übung als gut, neutral oder ausbaufähig eingestuft werden kann.

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