Einfluß unterschiedlich komplexer motorischer Aufgaben auf die Organisation des primären somatosensorischen Kortex

Abstract

Die vorliegende MEG-Studie beschäftigt sich mit der Frage, auf welche Art und Weise das Ausführen unterschiedlich komplexer motorischer Aufgaben zu Änderungen in der Verarbeitung sensorischer Reize führt. Dabei wurde untersucht, ob motorische Aktivität zum einen die funktionelle Organisation des primären somatosensorischen Kortex (SI) moduliert, zum anderen ob Motorik die Stärke der neuronalen Aktivierung im SI beeinflußt (sensomotorisches Gating).

Die untersuchten Probanden führten jeweils mit der rechten und linken Hand unterschiedlich komplexe motorische Aufgaben (Ruhe – „konstant“ – „variabel“) aus. Während sie bei der Bedingung „konstant“ eine gleichbleibende Kraft bei Opposition von Daumen und Ringfinger ausübten, änderte sich bei der Bedingung „variabel“ laufend die geforderte Kraft während der Messung. Als Maß für die Änderung der kortikalen Handrepräsentation wurde der Abstand der Repräsentationsareale von Daumen und Ringfinger im SI verwendet. Die Ergebnisse zeigten, daß sich die beiden Fingerrepräsentationen während den motorischen Aufgaben voneinander entfernten. Dieser Effekt war an beiden Händen zu beobachten. Es spielte dabei keine Rolle welche Hand mit den Aufgaben begann, noch ob die Aufgaben mit an- oder absteigender Schwierigkeit ausgeführt wurden. Insgesamt ließ sich eine Tendenz des Auseinanderrückens der Repräsentationsareale von in Ruhe über „konstant“ nach „variabel“ zeigen, wobei jedoch nur der Unterschied zwischen Ruhe und „variabel“ signifikant war. Die beobachteten Veränderungen im SI traten sofort mit Beginn des Greifens ein. Dieses Ergebnis läßt sich dahingehend interpretieren, daß in Abhängigkeit der Aufgabenkomplexität ein dynamischer Wechsel zwischen co-existierenden sensorischen Karten stattfindet.

Sensomotorisches Gating trat in der vorliegenden Studie nicht auf. In den Studien, in denen Gating nachweisbar war, wurden überwiegend isotone Bewegungen durchgeführt. In der vorliegenden Studie hingegen war eine isometrische Kontraktion gefordert. Da bei isotonen Kontraktionen hauptsächlich Muskelspindeln aktiviert werden, bei isometrischen jedoch eher Golgi-Sehnenorgane, deuten die Ergebnisse dieser Studie darauf hin, daß sensomotorisches Gating über die Aktivierung von Muskelspindeln vermittelt wird. Mit diesem Experiment konnte ein Beitrag zum besseren Verständnis kortikaler Informationsverarbeitung geleistet werden.

The MEG study at hand deals with the question in which way the performing of differing complex motor tasks causes changes in the processing of sensory stimuli. It was analysed whether the motor activity modulates the functional organisation of the primary somatosensory cortex (SI) on the one hand and whether the motor function affects the strength of the neuronal activation in the SI (sensomotoric gating) on the other hand.

The tested subjects did differing complex motor tasks (rest- “constant”- “variable”) each with the right and the left hand. Whereas they performed a defined force in doing a pinch grip with the thumb and ring finger during the condition “constant”, the required force during the condition “variable” continuously changed while measuring. As extent of the changes in the cortical hand representation the distance of the representation areas of the thumb and the ring finger in the SI was used. As a result it was shown that the finger representations both moved apart during the motor tasks. This effect could be observed on both hands. It was irrelevant neither which hand started with the motor tasks nor whether the motor tasks were performed with increasing or decreasing difficulty. All in all a tendency of segregation of the finger representation areas from rest via “constant” to “variable” could be demonstrated, but only the difference between rest and “variable” has been statistically significant. The observed changes in the SI immediately occured with the beginning of the grasping. This result could be interpreted to that fact that a dynamic adaption takes place between co-existing sensory maps in dependence of the complexity of the motor task.

Sensomotoric gating couldn’t be observed in this study. In those studies, in which gating occurred, predominantly isotone movements were performed. In this study however an isometric contraction was asked for. Because during isotone contractions especially muscle spindles are activated, whereas during isometric contractions rather the Golgi tendon organs are activated, the result of this study suggests that sensomotoric gating is transmitted by the activation of the muscle spindles.

This experiment enabled a contribution for the better understanding of cortical data processing.