Wie funktioniert die Praxis Hardwire Long-Term Muscle Memory?

Quelle: Esther Lim / Wikimedia Commons

Warum hast du, wenn du erst einmal gelernt hast, Fahrrad zu fahren oder einen Tennisball zu spielen, niemals das Muskelgedächtnis vergessen, das an diesen Aktionen beteiligt ist? Kürzlich hat ein Team von Neurowissenschaftlern einen neuen Mechanismus für die Konsolidierung des Langzeit-Gedächtnisses des Menschen gefunden.

Die Studie von März 2015, "Modellierung der Gedächtniskonsolidierung während der Nachschulzeit in zerebellovestibulärem Lernen", wurde in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht .

Jeder Athlet, Musiker, Chirurg – oder jeder, der regelmäßig eine motorische Übung ausführt, die mit Übung fein abgestimmt wird – weiß, dass durch Wiederholung und Übung motorische Fähigkeiten automatisch werden. Alltägliche Aktivitäten wie Tippen auf der Tastatur, Autofahren oder Schnürsenkel werden für alle ohne neurologische Störung im Laufe der Zeit automatisch. Was passiert im Gehirn, das die motorischen Fähigkeiten fest verankert und festigt?

Das Kleinhirn ist der Sitz des Muskelgedächtnisses

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Als ich aufwuchs, war mein Vater, Richard Bergland, MD, mein Tennistrainer. Mein Vater war ein Neurochirurg und auf nationaler Ebene ein Tennisspieler, der glaubte, dass sein "Auge für den Ball" direkt mit seiner Beherrschung des Operationssaals zusammenhing. Er würde sagen: "Davon bin ich absolut überzeugt, ein Neurochirurg zu werden, war eine direkte Konsequenz meines Auges für den Ball."

Die Fähigkeit, Ihre Augen auf ein Ziel zu fixieren, während Sie einen chirurgischen Knoten binden oder einen Tennisball an der Stelle Ihres Schlägers treffen, wird als vestibulo-okulärer Reflex (VOR) bezeichnet und ist eine Funktion des Kleinhirns. Neue Forschungen haben eine Verbindung zwischen Purkinje-Zellen im Kleinhirn und vestibulären Kernneuronen identifiziert, die zusammen ein langfristiges motorisches Gedächtnis bilden.

Purkinje-Zellenillustration durch Ramón y Cajal c. 1899

Quelle: Ramón y Cajal / Öffentlicher Bereich

Als Trainer in den 1970er Jahren sagte mein Vater zu mir: "Chris, denk daran, die Muskelerinnerung in den Purkinje-Zellen deines Kleinhirns mit jedem Schlag zu hämmern und zu schmieden."

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Die traditionelle Sicht des langfristigen motorischen Gedächtnisses, auf die sich mein Vater bezog, basierte auf dem "Marr-Albus-Modell", das vorschlug, dass das Muskelgedächtnis das Ergebnis von Langzeitdepression (LTD) der parallelen Fasersynapsen auf Purkinje-Zellen in das Kleinhirn. Das Ergebnis der "Langzeitdepression" reduziert die Aktivität nach einem Reiz, der Bewegungsfluss und Präzision fein abgestimmter motorischer Fähigkeiten ermöglicht.

Die Ergebnisse vom März 2015 resultierten aus einer Zusammenarbeit von Forschern der University of Electro-Communications und dem RIKEN Brain Science Institute in Japan sowie der University of California, San Diego.

Die Forscher konnten die multiplen Plastizitätsmechanismen des Kleinhirns integrieren, um die Entstehung eines langfristigen motorischen Gedächtnisses zu erklären. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass multiple Plastizitätsmechanismen im Kleinhirnkortex und in Kleinhirn- / Vestibularkernen an der langfristigen motorischen Gedächtnisbildung beteiligt sind.

Kleinhirn in rot.

Quelle: Biowissenschaftsdatenbank / Wikimedia Commons

Für diese neue Studie entwickelten Tadashi Yamazaki und seine Kollegen Simulationen, die auf einem mathematischen Modell für den optokinetischen Reflex (OKR) in der Augenbewegung beruhten, der Langzeitpotenzierung (LTP) einschloss. Dies ist ein Zustand erhöhter Wirksamkeit nach einem Stimulus in den Synapsen der vestibulären nukleären Neuronen.

Der optokinetische Reflex ist eine Kombination aus einer Sakkade und sanften Verfolgungsbewegungen des Auges. Das OKR wird gesehen, wenn eine Person mit ihren Augen einem sich bewegenden Objekt wie einem Tennisball folgt. Wenn sich das Objekt aus dem Sichtfeld bewegt, ist die reflexive Antwort, dass sich das Auge in die Position zurückbewegt, in der es sich befand, als es das Objekt zum ersten Mal sah. Dieser Reflex entwickelt sich typischerweise im Alter von etwa 6 Monaten.

Das in der neuen Studie verwendete Modell enthielt zwei unterschiedliche Plastizitätsstellen, die zusammenwirken und synergistisch wirken. Es zeigte sich, dass eine Trainingsstunde zu einer kurzfristigen Erhöhung der OKR-Zunahme führte, für die eine langfristige Depression der Purkinje-Zellen verantwortlich war.

Interessanterweise hat die Wiederholung dieses Trainings einmal täglich den Grad der OKR-Verstärkung nach dem Training erhöht – aber nicht während des Trainings. Dies führte zu einer langfristigen Potenzierung und Verstärkung der synaptischen Verbindungen, für die die vestibulären Nucleusneuronen verantwortlich gemacht wurden.

Die Forscher waren in der Lage, OKR-Verstärkungsänderungen zu reproduzieren, die mit den Veränderungen im vestibulo-okulären Reflex (VOR) übereinstimmten, die zuvor bei einigen genmanipulierten Mäusen berichtet wurden.

Schlussfolgerung: Das Kleinhirn ist der Schlüssel zum motorischen Gedächtnis in Sport und Leben

Die Forscher folgerten daraus, dass, wenn sich in den Purkinje-Zellen nach einer Trainingsstunde ein Kurzzeitgedächtnis bildet, dieses in das vestibuläre Kernneuron transferiert wird, wo es zum Langzeitmotorgedächtnis konsolidiert wird.

Diese Ergebnisse haben Auswirkungen außerhalb des Spielfeldes. Kürzlich wurden Purkinje-Zellen und eine abnormale Kleinhirnfunktion mit Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) in Verbindung gebracht. Diese Forschung könnte neue Anhaltspunkte für Interventionen und Behandlungen von ASS enthalten.

Dies ist eine sehr aufregende Zeit für die Erforschung des Kleinhirns. Revolutionäre Erkenntnisse über das Kleinhirn werden mit rasender Geschwindigkeit veröffentlicht. Bitte bleiben Sie auf dem Athlet's Way für die neuesten Updates auf dem Kleinhirn abgestimmt.

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