Central Pattern Generators +++ Sherrington +++ Rückenmark +++ Mesencephalic Locomotor Region
Was wissen wir über deren Existenz beim Menschen?
Tanja Bossmann
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Auf einen Blick
Heike Driemeyer untersucht in ihrem Review ab Seite 6 die Effektivität des Laufbandeinsatzes bei Patienten mit Schlaganfall. In diesem Zusammenhang wird oftmals die Existenz neuronaler Zentren im Rückenmark angesprochen. Dieser Beitrag zeigt Ihnen wichtige Meilensteine in der Forschung zum Thema Central Pattern Generators (CPGs) auf.
Blick über den Tellerrand
Seit Jahrzehnten beschäftigen sich Wissenschaftler weltweit mit der Suche nach der Evidenz für das Vorkommen von Central Pattern Generators im Rückenmark. Dabei gibt es in diesem Forschungsfeld eine spannende Interaktion zwischen Medizin, Biologie, Mathematik und Robotik. Um sich diesem Thema aus verschiedenen Blickwinkeln zu nähern, bezieht sich dieser Beitrag auf drei verschiedene Übersichtsarbeiten.
Ein Review wurde 2002 in der Zeitschrift Physical Therapy veröffentlicht und betrachtete die Forschungslage aus physiotherapeutischer Sicht (1). Die Zeitschrift Neural Networks brachte 2008 eine systematische Übersichtsarbeit eines Physikers von der technischen Hochschule Lausanne, der sich unter anderem auch mit den neurobiologischen Grundlagen der CPGs beschäftigte (2). Und auch im Journal of Neuroscience Research trugen kanadische Neurowissenschaftler 2009 die Evidenz für die Existenz von CPGs zusammen (3).
Richtungsweisende Experimente vor 100 Jahren
Wie auch in anderen Bereichen bilden die Untersuchungen von Sherrington und Brown Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts die Grundlage für die CPGs-Forschung (1-3).
Sherrington veröffentlichte 1910 seine Ergebnisse über die Untersuchungen an dezerebrierten Katzen. Er demonstrierte, dass die Tiere auch nach Unterbrechung der Verbindung zum Hirnstamm in der Lage waren, rudimentäre Schritte zu gehen (1). Sherrington stellte damals die These auf, dass der der Fortbewegung zugrunde liegende Rhythmus ein Resultat einer Kette von Reflexen ist und sensorischer Input bei Bewegungsübergängen eine wichtige Rolle spielt (2).
Brown berichtete ein Jahr später über ein ganz ähnliches Experiment und schlussfolgerte, dass Mechanismen auf lumbaler Ebene des Rückenmarks ausreichen, um eine Art von Fortbewegung zu ermöglichen (1-3). 1914 beschrieb er das sogenannte »Half-Center«-Modell. Brown vertrat die Ansicht, dass es zwei Gruppen von Neuronen geben könnte, die reziprok organisiert sind, sich gegenseitig hemmen und so die rhythmische Bewegung hervorrufen (2, 3).
Die neurophysiologischen Mechanismen waren zu dieser Zeit jedoch noch weitgehend unbekannt und die später ...
Der Einsatz von Laufbandtraining bei neurologischen Patienten gewinnt zunehmend an Bedeutung. Eine wichtige Basis für die Erklärung der Effektivität dieser Therapie ist die These, dass CPGs existieren
Foto: shock©fotolia.de
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