Medizin

Balance halten via Mini-Hirn

Achtung Gleichgewicht! Nicht nur auf dem Drahtseil muss der Körper fix reagieren, damit er nicht auf die Nase fällt. Welche Mechanismen der Datenverarbeitung hinter diesem Balanceakt stecken, haben US-Forscher nun entdeckt.

Balancieren ist auch Übungssache. Unser Mini-Hirn im Rückenmark steuert die Prozesse. Sergey_Nivens-Fotolia

Die erfolgreiche Koordination basiert demnach nicht nur auf Hirnfunktionen, auch eine Einheit von speziellen Nerven im Rückenmark ist für die Fähigkeit verantwortlich. Sie bildet eine Art „Mini-Hirn" für die automatische Steuerung bei der Balance, erklären die Wissenschaftler in "Bild der Wissenschaft online".

Die Augen checken die Lage

Dass dem Gehirn bei der Bewegungssteuerung grundsätzlich eine zentrale Bedeutung zukommt, ist klar: Es erhält eine ungeheure Datenflut, deren Verarbeitung dann zu Reaktionen führt. Wenn wir beispielsweise vorsichtig über eine Eisfläche schreiten, senden die Augen Positionsinformationen an unsere Schaltzentrale und das Gleichgewichtsorgan im Innenohr informiert über unsere Lage.

Die Füße als Informanden

Aber auch unsere Füße sind wichtige Informanden: "Wenn wir stehen und gehen, nehmen Sensoren an unseren Fußsohlen subtile Veränderungen von Druck und Bewegung wahr", erklärt Martyn Goulding vom Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Kalifornien. „Diese Sensoren senden Signale ans Rückenmark und schließlich zum Gehirn." Bisher war aber nicht klar, wie und wo die Signale genau verarbeitet werden und welche Systeme für die anschließenden Reaktionen verantwortlich sind.

Den Verdrahtungen auf der Spur

Um dieses sogenannte sensomotorische Steuerungssystem zu untersuchen, gingen Goulding und seine Kollegen der entsprechenden „Verdrahtung" bei Mäusen systematisch nach. Durch moderne neurologische Untersuchungsverfahren konnten sie die Nervenfasern identifizieren, die die Drucksensoren in den Fußsohlen mit dem Rückenmark verbinden. Dabei zeigte sich, dass diese „Kabel" dort mit einer ganz bestimmten  Art von Nerven verknüpft sind. Diese sogenannten RORα-Neuronen sind wiederum mit dem Bewegungszentrum des Gehirns verbunden, zeigten die Untersuchungen.

Sie scheinen allerdings nicht nur simple Zwischenleitungen zum Hirn zu sein, berichten die Forscher, denn die RORα-Neuronen besitzen wiederum selbst Verknüpfungen zu Nervenfasern im Rückenmark, die für die Bewegungssteuerung der Gliedmaßen verantwortlich sind. Dies legte nahe, dass den RORα-Neuronen eine wichtige Spezialfunktion bei der Koordination zukommt.

Tests auf dem "Mäuse-Schwebebalken"

Um diese Vermutung zu bestätigen, entwickelten die Forscher eine genetisch veränderte Mäusezuchtlinie, bei der die Tiere keine funktionstüchtigen RORα-Neuronen ausbilden können. Tests mit diesen Mäusen zeigten: Sie konnten zwar auf einer ebenen Fläche laufen, versagten aber beim Balanceakt auf dem „Mäuse-Schwebebalken". Sie konnten sich im Vergleich zu Kontrolltieren nicht geschickt auf einem schmalen Objekt bewegen - ihre Koordinationsfähigkeit war gestört.

Diese Ungeschicklichkeit resultierte daraus, dass die Tiere nicht sinnvoll reagierten, wenn ihnen ein Füßchen wegrutschte. "Wir nehmen an, dass die RORα-Neuronen für die Kombination von Informationen verantwortlich sind, die den Füßen  sagen, wie sich bewegen sollen", sagt Co-Autor Steeve Bourane. Auf diese Weise kann das Balancieren gleichsam im Autopilot-Modus ablaufen, ohne das Gehirn übermäßig beanspruchen zu müssen.

Balancieren auf Autopilot

Die Forscher wollen nun am Ball bleiben: "Wie das Nervensystem es schafft, Sinneseindrücke zu erfassen und dann zu reagieren, ist eine der zentralen Fragen der Neurowissenschaften",sagt Goulding. Dazu wollen die Forscher auch in Zukunft Beiträge leisten. „Wir stehen vor neuen Horizonten in diesem Forschungsgebiet - das ist ungeheuer spannend", sagt der Neurowissenschaftler.

Originalarbeit der Forscher: Cell, 2015; 160 (3): 503 DOI: 10.1016/j.cell.2015.01.011

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