Motorisches System und Bewegungssteuerung

Das motorische System plant, wählt aus und führt Bewegungen aus, indem es Ziele in koordinierte Muster muskulärer Aktivität umsetzt. Es umfasst den Motorkortex und seine absteigenden Bahnen, die Basalganglien und das Kleinhirn, die Bewegungen formen und verfeinern, sowie den Hirnstamm und die spinalen Schaltkreise, die letztendlich Motoneuronen ansteuern.

Definition

Das motorische System umfasst die kortikalen, subkortikalen, hirnstamm- und spinalen Strukturen, die zusammen willkürliche und reflexive Bewegungen planen, initiieren, koordinieren und ausführen, einschließlich des primären Motorkortex, prämotorischer und supplementärer Motorareale, der Basalganglien, des Kleinhirns, absteigender Bahnen und spinaler motorischer Schaltkreise.

Scope

Dieser Eintrag behandelt die hierarchische und parallele Organisation der motorischen Steuerung: kortikale Motorareale und den kortikospinalen Trakt, die Rolle der Basalganglien und des Kleinhirns bei der Auswahl und Koordination sowie die Populationskodierung von Bewegungen. Er dient als Referenz und Bildungsressource und bietet keine Anleitung zur Diagnose oder Behandlung von Bewegungsstörungen.

Core questions

• Wie ist der Körper im Motorkortex repräsentiert und wie ist diese Repräsentation organisiert?
• Wie kodieren Populationen kortikaler Neuronen die Richtung und Parameter von Bewegungen?
• Wie tragen die Basalganglien und das Kleinhirn zur Auswahl und Koordination von Bewegungen bei?

Key concepts

• Motorischer Homunkulus und Somatotopie
• Kortikospinaler (pyramidaler) Trakt
• Populationsvektorkodierung der Bewegungsrichtung
• Kortiko-Basalganglien-Thalamokortikale Schleifen
• Kleinhirnkoordination und Fehlerkorrektur
• Obere und untere Motoneuronen

Mechanisms

Willkürliche Bewegungen sind hierarchisch und parallel organisiert. Die intraoperative Stimulation von Penfield und Boldrey kartierte eine somatotopische motorische Repräsentation, den motorischen Homunkulus, über den präzentralen Gyrus. Innerhalb des Motorkortex wird die Bewegungsrichtung nicht allein durch einzelne Zellen kodiert, sondern durch Populationen breit abgestimmter Neuronen, wie Georgopoulos und Kollegen mit dem Populationsvektor-Framework zeigten. Die Basalganglien arbeiten über teilweise segregierte parallele Schleifen, die zur Aktionsauswahl und zur Skalierung von Bewegungen beitragen, wie von Alexander und Kollegen beschrieben, während das Kleinhirn Koordination, Timing und fehlerbasierte Anpassung unterstützt und auch an nicht-motorischen Funktionen beteiligt ist. Absteigende kortikospinale und Hirnstammbahnen leiten diese Befehle an spinale Motoneuronen weiter, die Muskeln aktivieren.

Clinical relevance

Schädigungen auf verschiedenen Ebenen des motorischen Systems führen zu unterschiedlichen klinischen Bildern, von kortikalen und kortikospinalen Läsionen bis zu den charakteristischen Syndromen von Basalganglien- und Kleinhirnerkrankungen, was diese Organisation für die klinische Neurologie von grundlegender Bedeutung macht. Der Eintrag beschreibt die normale motorische Architektur zu Bildungszwecken und ist keine Grundlage für die Diagnose oder Behandlung von Bewegungsstörungen.

Evidence & guidelines

Das Wissen über die motorische Steuerung stammt aus kortikalen Stimulationskartierungen, Einzelzell- und Populationsableitungen, Läsions- und Tracerstudien sowie der menschlichen Neurobildgebung. Die somatotopische Karte stammt aus den Stimulationsstudien von Penfield und Boldrey und die Populationskodierung von Georgopoulos und Kollegen; die Schleifenarchitektur der Basalganglien wird von Alexander und Kollegen zusammengefasst. Standardreferenzbehandlungen finden sich in umfassenden Neurowissenschafts-Lehrbüchern.

History

Die Lokalisation der motorischen Funktion wurde durch Stimulations- und Läsionsexperimente des 19. Jahrhunderts vorangetrieben und in den 1930er Jahren durch die intraoperative Arbeit von Penfield und Boldrey beim Menschen kartiert. Einzelzellableitungen Mitte und Ende des 20. Jahrhunderts zeigten, wie kortikale Populationen Bewegungen kodieren, und das Parallel-Schleifen-Modell der Basalganglien definierte die subkortikalen Beiträge zur Bewegungsauswahl neu, wobei spätere Arbeiten die Rolle des Kleinhirns über die reine motorische Koordination hinaus erweiterten.

Key figures

• Wilder Penfield
• Apostolos Georgopoulos
• Garrett Alexander
• Peter Strick

Seminal works

• penfield-boldrey-1937
• georgopoulos-1986
• alexander-1990

Frequently asked questions

Was ist der motorische Homunkulus?

Der motorische Homunkulus ist die somatotopische Karte des Körpers über den primären Motorkortex, in der benachbarte Körperteile in benachbarten kortikalen Regionen repräsentiert sind und Teile, die eine feine Kontrolle erfordern, unverhältnismäßig große Bereiche einnehmen; er wurde von Penfield und Boldrey kartiert.

Wie kodiert der Motorkortex die Richtung einer Bewegung?

Einzelne Neuronen des Motorkortex sind breit auf die Bewegungsrichtung abgestimmt, und die Richtung einer tatsächlichen Bewegung wird besser durch die kombinierte Aktivität einer Population von Neuronen vorhergesagt als durch eine einzelne Zelle – die Populationsvektor-Idee, die von Georgopoulos und Kollegen eingeführt wurde.