Wie uns bewusst wird, was wir tun

30.08.2017 -  

Der Verhaltensneurologe Dr. Max-Philipp Stenner vom Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) und der Universitätsklinik für Neurologie der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg erhält für seine Untersuchungen zum menschlichen Bewusstsein ein Freigeist-Stipendium der VolkswagenStiftung. Gefördert wird damit seine Arbeit zu Fragen, wie der Mensch Bewegungen zielgerichtet steuert und wie er sich dabei seiner Handlungen bewusst wird. Mit jeweils einer Million Euro unterstützt die VolkswagenStiftung junge Forscher aller Fachgebiete und deren Projekte, die durch ihre außergewöhnlichen Lösungsansätze hervorstechen.

Wir erleben es beim Tennisspielen, beim Musizieren oder bei alltäglichen Handlungen wie Schreiben oder Sprechen: Während sich unsere Muskeln in exakt aufeinander abgestimmter Abfolge zusammenziehen und wieder entspannen und unseren Körper dadurch zielgerichtet bewegen, haben wir nichts anderes als eben dieses Ziel vor Augen: den gegnerischen Spieler in die linke Ecke zu treiben, eine Melodie zu spielen oder in Wörtern auszudrücken, was wir sagen wollen. Aber wie kommt es zu den rasanten, exakt koordinierten und höchst anpassungsfähigen Abfolgen von Muskelkontraktionen, die nötig sind, um diese Ziele zu erreichen? Und wie entsteht dabei unser bewusstes Erleben der eigenen Handlung? Um diesen Fragen auf den Grund zu gehen, wurde Max-Philipp Stenner jetzt für sein Projekt „Sensorimotor Rhythms for Internal Forward Modelling in the Human Brain“ mit einem Freigeist-Stipendium der VolkswagenStiftung ausgezeichnet.

Dr. Max-Philipp Stenner Foto: privat

 

„Zielgerichtetes Handeln setzt voraus, dass Handlungskonsequenzen im Gehirn vorhergesagt werden können“, erklärt Stenner. In seinem Projekt untersucht er, wie diese Vorhersagen zustande kommen, wie sie in unsere Bewegungsplanung integriert werden und wie wir auf ihrer Grundlage unser Handeln subjektiv erleben. Er ergänzt: „Um Handlungskonsequenzen vorhersagen zu können, müssen wir sehr unterschiedliche Informationen kombinieren, beispielsweise aus welcher Richtung sich beim Tennisspielen der Ball nähert, in welcher Position sich der eigene Arm zu diesem Zeitpunkt befindet oder wie ermüdet der eigene Bewegungsapparat schon ist.“ Eine der neuartigen Ideen in Stenners Projekt ist, dass diese Kombination auf einem Mechanismus namens neuronaler Synchronizität beruht, und dass dieser Mechanismus gleichzeitig reguliert, wie Vorhersagen zu einem bewussten Erleben der eigenen Handlung führen.

Messungen im Gehirn und Rückenmark

Um diesen Ideen nachzugehen, kombiniert Stenner verschiedene Methoden zur Messung rhythmischer elektrischer Felder im menschlichen Gehirn und Rückenmark, die Grundlage dieser Synchronizität sind. Zum Einsatz kommen nicht-invasive Messmethoden wie die Magnetenzephalographie in gesunden Probanden, aber auch invasive Messungen über Elektroden, die an den Kliniken für Neurologie und stereotaktische Neurochirurgie zur Behandlung unterschiedlicher neurologischer Erkrankung direkt in das menschliche Nervensystem implantiert werden. Hierzu gehören Messungen über Elektroden, die zur Tiefen Hirnstimulation beim Morbus Parkinson oder zur Rückenmarksstimulation bei Schmerzpatienten genutzt wurden. Durch diese invasiven Messungen können zusätzliche Einblicke in Regionen des Nervensystems gewonnen werden. „Mit dieser Herangehensweise können somit erstmals elektrische Felder im menschlichen Rückenmark systematisch untersucht werden“, so Stenner.

Diese elektrophysiologischen Messungen kombiniert Stenner mit gezielten Verhaltensbeobachtungen: „Wir lassen in einem typischen Experiment gesunde Probanden und Patienten Zielbewegungen mit einer Hand ausführen, ohne dass die Teilnehmer ihre eigene Hand sehen. Stattdessen sehen sie einen Punkt auf einem Bildschirm, der entweder genau ihrer Handbewegung folgt oder relativ zu dieser verdreht ist. Im letzteren Fall lernen Teilnehmer also, eine veränderte visuelle Konsequenz ihrer Handbewegung – die Bewegung des Punktes – vorherzusagen. Typischerweise berücksichtigen sie diese veränderte Vorhersage sowohl bei ihrer Bewegungsplanung, etwa um ein Ziel zu treffen, als auch in ihrer Wahrnehmung der eigenen Armbewegung, die sich an die Bewegung des Punktes schrittweise anpasst.“

 

Motorisches Lernen verstehen

Stenner ist Forscher und Arzt. Ein langfristiges Ziel seiner Studien ist es deshalb, motorisches Lernen so weit zu verstehen, dass es gezielt verbessert werden kann. Das ermöglichen zum Beispiel Hirnstimulationsmethoden, die zu einer verbesserten Rehabilitation von Lähmungen beitragen könnten, etwa nach einem Schlaganfall. Zudem bietet das Projekt einen neuen Erklärungsansatz für die Entstehung psychiatrischer Erkrankungen, die mit einer veränderten Kontrolle und Wahrnehmung eigener Handlungen einhergehen, und zwar mit einem besonderen Augenmerk auf Zwangserkrankungen.

Jedes Jahr bewerben sich 120 bis 180 junge Forscher bei der VolkswagenStiftung um die prestigeträchtige Förderung, von denen nur zwischen sechs und zwölf dieses Ziel erreichen. Mit der Fördersumme von einer Million Euro über eine Laufzeit von fünf Jahren wird Stenner am LIN und an der Uniklinik Magdeburg eine eigene Forschergruppe einrichten, in der neben Stenner ein zusätzlicher Wissenschaftler sowie zwei Doktoranden in dem anspruchsvollen Projekt mitarbeiten werden.