Dieter KutzCodierung der Trajektorien des Armes durch Populationen von Neuronen im Colliculus superior und Muskeln bei Primaten

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Die Untersuchung von willkürlichen Bewegungen ist eines der interessantesten Forschungsgebiete der Neurobiologie. Willkürliche Bewegungen bei Primaten sind ein Ergebnis ihrer Fähigkeit zur Orientierung im Raum. Ein Hauptschwerpunkt der neurobiologischen Forschung ist die willkürliche Augenbewegung. Im Rahmen dieser Forschung ist der Colliculus superior eines der wichtigsten Zielgebiete. In den letzten 15 Jahren ist die Forschung über die Kontrolle willkürlicher Armbewegungen hinzugekommen. Neueste Ergebnisse zeigen, dass neben den motorischen Gebieten der Großhirnrinde auch der Colliculus superior in die Kontrolle von Armbewegungen eingebunden ist. In dieser Studie wird ein Modellvorschlag gemacht, in welcher Weise skelettmotorische Neurone des Colliculus superior die Trajektorien des Armes kodieren.

Es gibt verschiedene Modelle, die sich mit der Kontrolle von willkürlichen Bewegungen beschäftigen. Die hierbei entwickelten Modelle können in zwei Klassen eingeteilt werden. Zum einen sind dies die Modelle der Gleichgewichtspunkthypothese, die die Regelung von Arm- und Beinbewegungen auf Rückenmarksebene beschreiben. Zum anderen sind dies Vektorkodierungsschemata, welche die Steuerung von Armbewegungen auf zentraler Ebene beschreiben. In dieser Studie wird ein Vektorkodierungsschema für die skelettmotorischen Zellen des Colliculus superior vorgeschlagen, welches auf der Populationskodierungshypothese von Georgopoulus et al. basiert. Die Grundlage des Modells ist die Annahme, dass ein jedes Neuron eine Bewegungsrichtung im Raum kodiert (Vorzugsrichtung). Die Vorzugsrichtung zeichnet sich durch eine maximale Aktivität des Neurons aus. Bei Abweichung der auszuführenden Bewegung von der Vorzugsrichtung vermindert sich die Aktivität des Neurons. Die Summe aller aktiven Neurone kodiert die auszuführende Trajektorie.

Georgopoulos et al. schlagen vor, die Änderung der Aktivität durch einen Kosinus zu beschreiben. Dieser Vorschlag ist für die skelettmotorischen Neurone des Colliculus superior zu verwerfen. An Stelle einer Kosinusfunktion wird eine vektorielle Beschreibung der Gaußfunktion (Normalverteilung) gewählt. Hierdurch ist eine hinreichend gute Vorhersage der Trajektorien möglich. Erweiterungen der gewählten Beschreibungsform ermöglichen es auch, dieses Modell auf Muskeln bei Primaten zu übertragen. Berücksichtigt man, dass die Verarbeitung visueller Signale ebenfalls mit Hilfe von Gaußfunktionen beschrieben werden kann, so ist mit dem gewählten Modell eine konsistente Beschreibung der Sensorik und Motorik gelungen.

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