Wodurch bewegen sich Tiere?
Die Bewegungsfähigkeit ist für Tiere lebenswichtig, um in ihrer Umwelt zu überleben. Von den EU-finanzierten Projekten EXPLORATOME und ZENITH unterstützte Forschende haben einen besonderen Aspekt der Bewegung – die Fortbewegung – erforscht, wobei sie sich auf die wichtige Rolle eines Bereichs im Hirnstamm, dem sogenannten Bewegungszentrum im Mittelhirn, konzentrierten. Dank ihrer in der Fachzeitschrift „Nature Neuroscience“ veröffentlichten Arbeit konnten sie die neuronalen Schaltkreise kartieren, die an der Auslösung von Fortbewegungen beteiligt sind, woraus wertvolle Erkenntnisse über Bewegungsstörungen bei Erkrankungen wie Parkinson entstehen könnten. Bewegung kann ein bewusster Prozess sein, der zur Navigation dient. Sie kann auch unwillkürlich sein und durch Sinne ausgelöst werden. „Tiere bewegen sich, um ihre Umgebung zu erforschen, auf der Suche nach Nahrung, nach Interaktion mit anderen oder einfach aus Neugierde. Aber auch die Wahrnehmung einer Gefahr oder eines schmerzhaften Reizes kann einen automatischen Fluchtreflex auslösen“, erklärt der Mitautor der Studie, Dr. Martin Carbo-Tano vom ZENITH-Projektkoordinator, dem Pariser Hirnforschungsinstitut (ICM), Frankreich, in einer Pressemitteilung auf „SciTechDaily“. Ob bewusst oder automatisch, Bewegung beruht auf der Aktivierung von Befehlsneuronen im Hirnstamm, den retikulospinalen Neuronen. Diese Neuronen leiten Signale zwischen dem Gehirn und dem Rückenmark weiter und sind entscheidend, um Bewegungen zu beginnen, aufrechtzuerhalten oder zu beenden.
Einen allgemeinen Überblick gewinnen
Das Bewegungszentrum im Mittelhirn, das bei Stimulation eine Fortbewegung auslöst, befindet sich den retikulospinalen Neuronen vorgelagert. Es wurde zuerst bei Katzen festgestellt, kommt aber auch bei vielen anderen Wirbeltieren wie Salamandern, Ratten, Mäusen, Kaninchen, Meerschweinchen, Schweinen, Neunaugen und Affen vor. „Da die Rolle des Bewegungszentrums im Mittelhirn bei vielen Wirbeltierarten erhalten ist, gehen wir davon aus, dass es sich um eine in ihrer Evolution uralte Region handelt, die für das Gehen, Laufen, Fliegen oder Schwimmen unerlässlich ist“, fügt Dr. Carbo-Tano hinzu. „Bisher wussten wir jedoch nicht, wie diese Region Informationen an die retikulospinalen Neuronen weiterleitet. Darum konnten wir keinen Gesamtüberblick über die Mechanismen gewinnen, durch die Wirbeltiere sich in Bewegung setzen können, und somit mögliche Anomalien in dieser faszinierenden Maschinerie aufzuzeigen.“ Um die neuronale Aktivität bei der Bewegungsauslösung besser unter die Lupe zu nehmen, verwendete das Forschungsteam Zebrafischlarven. Durch das transparente Gehirn der Larven waren sie in der Lage, das Bewegungszentrum im Mittelhirn auszumachen und die nachgeschalteten Befehlskreisläufe zu kartieren, die an der Fortbewegung beteiligt sind. „Wir haben beobachtet, dass Neuronen im Bewegungszentrum im Mittelhirn stimuliert werden, wenn sich das Tier spontan bewegt, aber auch als Reaktion auf einen visuellen Reiz. Sie projizieren durch den Pons – den zentralen Teil des Hirnstamms – und das Rückenmark, um eine Untergruppe der retikulospinalen Neuronen namens V2a zu aktivieren. Diese Neuronen steuern die Feinheiten der Bewegung, wie Beginn, Ende und Richtungswechsel. Sie geben gewissermaßen Lenkanweisungen“, bemerkt die Mitautorin der Studie, Dr. Claire Wyart, ICM-Forscherin und Forschungsleiterin am am Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale in Frankreich, an dem das Projekt EXPLORATOME koordiniert wird. Nach Ansicht der Autorenschaft bildet diese Studie, die zum Teil von EXPLORATOME (Circuit mechanisms underlying sensory-evoked navigation) und ZENITH (ZEbrafish Neuroscience Interdisciplinary Training Hub) unterstützt wird, einen wesentlichen Schritt für die künftige Erforschung supraspinaler motorischer Kontrollmechanismen. Weitere Informationen: Projekt EXPLORATOME ZENITH-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
EXPLORATOME, ZENITH, Tier, Neuron, Bewegungszentrum im Mittelhirn, retikulospinales Neuron, Bewegung, Fortbewegung, Gehirn
