Tieferes Verständnis der menschlichen motorischen Kontrolle und dem Gehirn
Viele Gelenke und Muskeln bilden ein Muskel-Skelett-System mit viel Freiheit. Daher kann jede motorische Aufgabe durch eine endlose Vielzahl von Muskelaktivierungsmuster durchgeführt werden. Wie das Gehirn nun die entsprechenden Muskelaktivierungsmuster erzeugt, ist eine anspruchsvolle Forschungsfrage angesichts der großen Komplexität der sensomotorischen und Muskel-Skelett-Systeme. In diesem Sinne, versuchte das EU-finanzierte OPT-Projekt (Optimality principles in human motor control) einen tieferen Einblick in die Frage zu gewinnen, wie das Gehirn ein geeignetes Muskelaktivierungsmuster für eine bestimmte Bewegungsaufgabe schafft. Mit Computersimulationen und einem Neuro-Muskel-Skelett-Modell des menschlichen Arms testeten die Projektpartner die optimale Kontrolltheorie. Die Theorie ist ein Schlüsselbegriff in der menschlichen sensomotorischen Kontrolle, die zu erklären versucht, wie das Gehirn die vielen Freiheitsgraden meistert. Insbesondere entwickelte das OPT-Team ein neuartiges optimales Muskel-Skelett-Kontrollmodell des menschlichen Arms, welches es der neurowissenschaftlichen Gemeinschaft ermöglicht zu prüfen, welche Bewegungen wie in Situationen wie etwa die Minimierung von Energie und Muskelkraft aussehen würden. Es verwendete auch das Modell, um Bewegungen vorherzusagen, während die Kosten beim Muskel-Eingang, auf den mechanischen und kinematischen Niveaus reduziert wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass menschliche Bewegungen nur mit Kosten auf der kinematischen Ebene konsistent sind. Im Gegensatz dazu tragen mechanische und Steuerungskosten tragen nicht zur Auswahl der Bewegungspfade durch das Gehirn bei. Weitere Experimente zeigen, dass das Gehirn vorteilhafte Muskelaktivierungsmuster bevorzugt. Es tut dies, indem Muskeln begünstigt werden, die effizient zur geleisteten positiven mechanischen Arbeit beitragen können. Indem Erklärungen dafür bereitgestellt werden, wie das Gehirn genaue Informationen über den Zustand des Muskel-Skelett-Systems benötigt und über seine Beziehung mit der Umwelt, hat OPT zum Stand der Technik auf dem Gebiet der menschlichen Bewegungssteuerung beigetragen.
Schlüsselbegriffe
Menschliche Bewegungssteuerung, Gehirn, Muskel-Skelett, Muskelaktivierungsmuster, OPT
