Händigkeitseffekte der dynamischen Modulation neuronaler Kopplung im motorischen Netzwerk

Fragestellung: Das menschliche Gehirn ist dazu in der Lage, sich flexibel an motorische Anforderungen anzupassen. Allerdings ist unklar, welche interregionalen Veränderungen innerhalb des motorischen Netzwerks diesen adaptiven Fähigkeiten zu Grunde liegen. Darüber hinaus beeinflussen auch intrinsische Faktoren, wie Händigkeit, die motorische Leistungsfähigkeit (Jancke, et al., 1998; Kloppel, et al., 2007). Inwiefern diese Effekte auf die Modulation der Konnektivität spezifischer Hirnregionen zurückgeführt werden können, ist unbekannt. Daher haben wir die effektive Konnektivität, also den kausalen Einfluss, den eine Hirnregion auf eine andere Hirnregion ausübt, innerhalb des motorischen Systems in Abhängigkeit von verschiedenen Bewegungsfrequenzen und Händigkeit untersucht.

Methoden: 24 gesunde Probanden (12 Rechtshänder, 12 Linkshänder) wurden mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) in einem 3T Siemens Scanner untersucht. Während der Messung hatten die Probanden die Aufgabe, mit ihrer dominanten oder nicht-dominanten Hand rhythmische Faustschlussbewegungen in drei verschiedenen, visuell vorgegebenen Frequenzen durchzuführen (0,75 Hz; 1,5 Hz; 3,0 Hz). Anschließend wurden die exzitatorischen und inhibitorischen Einflüsse innerhalb eines bihemisphärischen Netzwerkes kortikaler und subkortikaler Areale, bestehend aus primär motorischem Kortex (M1), supplementär motorischer Area (SMA), ventrolateralem Prämotorkortex (vPMC), Putamen und Cerebellum, mittels Statistical Parametric Mapping (SPM8) und Dynamic Causal Modelling (DCM) analysiert.

Ergebnisse: Die statistische Analyse zeigt, dass die neuronale Kopplung der prämotorischen Areale und des ipsilateralen Cerebellums auf den kontralateralen “aktiven“ M1 mit zunehmender Bewegungsfrequenz stärker wird. Darüber hinaus gibt es händigkeitsspezifische Unterschiede hinsichtlich der Kopplungsstärke dieser Verbindungen: So sind Bewegungen der subdominanten Hand über alle drei Bewegungsfrequenzen hinweg mit einer stärkeren neuronalen Kopplung vom kontralateralen vPMC auf den kontralateralen M1 assoziiert. Im Gegensatz dazu gehen Bewegungen der dominanten Hand in den Frequenzstufen 1,5 Hz und 3,0 Hz mit einer stärkeren neuronalen Kopplung von der kontralateralen SMA auf den “aktiven“ M1 einher.

Schlussfolgerungen: Den prämotorischen Arealen kann eine besondere Relevanz hinsichtlich der motorischen Leistungsfähigkeit zugeschrieben werden. Weiter scheint es eine differentielle Rolle für SMA und vPMC in Verbindung mit Händigkeit zu geben.

Abb. 1: Synopsis: Unterschiede zwischen Bewegungen der dominanten und der nicht-dominanten Hand

Literatur:

Jancke, L., Peters, M., Schlaug, G., Posse, S., Steinmetz, H., & Muller-Gartner, H. (1998). Differenzial magnetic resonance signal change in human sensorimotor cortex to finger movements of different rate of the dominant and subdominant hand. Brain Res Cogn Brain Res, 6(4), 279 – 284.

Kloppel, S., van Eimeren, T., Glauche, V., Vongerichten, A., Munchau, A., Frackowiak, R. S., et al. (2007). The effect of handedness on cortical motor activation during simple bilateral movements. Neuroimage, 34(1), 274 – 280.