Die Aktivität einer speziellen Hirnregion legt präzise fest, in welchem Moment eine neu erlernte Bewegung startet und wann sie endet. Das haben Wissenschaftler aus Portugal und den USA herausgefunden, als sie Nervenzellen im Gehirn von Mäusen untersuchten, während diese eine bestimmte Verhaltensweise lernten. Dabei stellten die Neurologen eine erhöhte Aktivität in einer Struktur im Mittelhirn fest, die bei Parkinson-Patienten degeneriert ist. Menschen, die unter dieser Krankheit leiden, haben unter anderem Schwierigkeiten damit, Start und Ende einer Bewegung genau zu steuern. Mäusen, bei denen die Funktion der entsprechenden Hirnregion, der sogenannten Basalganglien, gestört war, zeigten große Defizite beim Erlernen von Bewegungssequenzen. Die Erkenntnisse könnten verstehen helfen, inwiefern sich Parkinson und ähnliche Funktionsstörungen im Hirn genau auf das Erlernen und Ausführen von Bewegungsabläufen auswirken.
Die Fähigkeit, Start und Ende der Bewegung präzise steuern zu können, ist für zahlreiche Abläufe enorm wichtig, sei es bei der Flucht vor einem Fressfeind oder beim Klavierspielen. An diesem Steuerungsprozess sind unter anderem die Basalganglien beteiligt, die sich in beiden Hirnhälften unterhalb der Großhirnrinde befinden und speziell das Erlernen motorischer und kognitiver Fähigkeiten beeinflussen. Von großer Bedeutung für diese Lernprozesse ist auch der Botenstoff Dopamin, der Informationen von einer Nervenzelle zur anderen weitergibt. Bei Menschen mit Parkinson sind jedoch sowohl die Dopaminproduktion als auch die Aktivität der Basalganglien eingeschränkt, in der Folge kommt es zu den bekannten Symptomen wie Muskelzittern und verlangsamten Bewegungen.
In dem Experiment von Jin und Costa lernten Mäuse, einen Hebel so oft zu drücken, bis sie als Belohnung ein Stück Zucker erhielten. Während die Tiere die Bewegung ausführten, zeichneten die Wissenschaftler die Hirnaktivität auf. Wie sie beobachten konnten, stieg besonders vor dem ersten Drücken die Dopamin-Ausschüttung stark an. Dafür verantwortlich war hauptsächlich eine bestimmte Gruppe von Nervenzellen, wohingegen beim letzten Kontakt mit dem Hebel vor dem Prozessende eine andere Gruppe stärker beteiligt war. Mehrere Tage nach dem Training testeten die Forscher die Mäuse erneut: Die Start- und Stopp-Aktivität der Nervenzellen war weiter angestiegen, was auf einen erfolgreichen Lernprozess hindeutet.
Anschließend führten die Neurologen die Tests mit genetisch veränderten Mäusen durch, bei denen sie die Dopamin-Andockstellen im Gehirn der Nager ausgeschaltet hatten. Bei diesen Tieren war die Anzahl der beteiligten Nervenzellen in den Basalganglien während der Übungen deutlich geringer als bei den normalen Mäusen und die Hirnaktivität stieg auch während des Trainings nicht an. Die Konsequenz: Die Tiere zeigten eine geringere Fähigkeit, eine bestimmte Bewegung zu erlernen. Dies könnte erklären, warum auch Parkinsonpatienten große Defizite beim Beginnen und Beenden von Bewegungen haben.
Xin Jind und Rui Costa (National Institutes of Health): Nature, Online-Vorabveröffentlichung, doi: 10.1038/nature09263 ddp/wissenschaft.de ? David Köndgen
