Die Dynamik des spinalen motorischen Systems: Spinale Oszillatoren als Basis der Bewegungskoordination

Die Entstehung der späten Reflexanteile ist bislang nicht verstanden. Die teilweise spinalen Laufzeiten lassen sich nicht mit den supraspinalen Einflüssen der aufgabenabhängigen Reflexmodulationen vereinbaren. Allerdings entspricht der Aufbau der Verschaltungen von Reflexen und der von spinalen Mustergeneratoren zur Koordination zyklischer Bewegungen den gleichen Grundprinzipien. Aus dieser Motivation heraus beschreibt diese Arbeit Reflexmuster als Schwingungen in spinalen Oszillatoren, deren Eigenschaften durch supraspinale Zentren variiert werden können. Dieser Ansatz wurde in mehreren Studien überprüft. Dabei wurde ein physiologisch motiviertes Oszillatormodell verwendet, das simulierte Muskelaktivierungen als Funktion des afferenten Inputs erzeugt. Durch einen Optimierungsalgorithmus wurden die Modellparameter so eingestellt, dass die Abweichungen zwischen Simulationen und elektromyografischen Messungen der Aktivierungsmuster minimiert wurden. So konnten Haltungsreflexe, Gangmuster und Streckreflexe bei einer Positionierungsaufgabe durch das Modell gut beschrieben werden. Die Anpassung der Bewegungskontrolle an die anhaltende Störung bei der Positionierungsaufgabe wurde durch eine separate Optimierung der Modellparameter nach der kortikalen Reaktionszeit berücksichtigt. Diese Ergebnisse werden so interpretiert, dass die Bewegungskoordination auf der Dynamik spinaler Verschaltungen aufbaut, die aufgabenabhängig supraspinal moduliert werden. Die spinalen Verschaltungen könnten so die Grundlage für Reflexe und zyklische Bewegungen, aber auch für Zielbewegungen darstellen. Welche Bewegungsform erzeugt wird, ist dabei von der Konfiguration der Verschaltungen abhängig, die durch supraspinale Modulation beeinflusst wird. Diese Sicht lässt sich gut vereinbaren mit vorhandenen Theorien wie dem lambda-Modell der Equilibrium-Point-Hypothese, sie erklärt die Beobachtungen von sensorimotor sets und triggered responses und bietet eine physiologische Basis für intermittent control oder optimal feedback control.