Functional Neuroanatomy of Voluntary Motor Control
Bear – Brain Control of Movement
Gecombineerd met Gazzaniga.
Het centrale motorsysteem is georganiseerd als een
hiërarchie van controleniveaus;
1. Het hoogste niveau, wat geassocieerd is met
associatiegebieden van de neocortex en de basale
ganglia van het voorbrein. Dit deel gaat over de
strategie; het doel van de beweging, en de beste bewegingsstrategie om het doel te
bereiken. De cerebrale neocortex is gebaseerd op visie, auditie, somatische sensatie en
proprioceptie.
Lokale circuits van motor en interneuronen in het ruggenmerg. Dit is het punt van contact
tussen CNS en spieren. Het is instaat simpele reflexbewegingen uit te voeren.
2. Het gemiddelde niveau, de primaire motor cortex en cerebellum, gaat over de tactiek; de
volgorde van spiersamentrekkingen, de opeenvolging van spiercontracties, gerangschikt in
ruimte en tijd, die nodig is om het strategische doel soepel en nauwkeurig te bereiken.
3. Het laagste niveau, de hersenstam en ruggengraad, gaat over uitvoering; activatie van het
motorneuron en interneuron pools die de doelgerichte beweging generen en eventuele
aanpassingen maken.
Descending spinal tracts
Axonen vanuit het brein communiceren met
motorneuron in de ruggengraad door 2 grote groepen
pathways.
1. Lateral column/pathway
De laterale pathways zijn betrokken bij vrijwillige
beweging van de distale spieren (armen/vingers)
en zijn onder directe corticale controle. Het zijn
fijne bewegingen.
Bestaat uit de corticospinale (direct) en de
rubrospinale tracts (indirect).
2. Ventromediale column/pathway
De ventromediale pathways zijn betrokken bij de controle van proximale en axiale spieren, voor
houding en voortbeweging. Deze zijn onder controle van de hersenstam en eindigen in de spinale
interneuronen. Bestaat uit de reticulospinale, vestibulospinale en tectospinale tracts.
,De laterale pathways
- Corticospinal tract (direct)
Vanuit neocortex en is 1 v.d. langste tracts van
centrale zenuwstelsel. 2/3 van de axonen
komen vanuit area 4 + 6 van de frontaalkwab,
oftewel de motorische cortex. De rest van
axonen komen vanuit somatosensorische
gebieden van pariëtaalkwab, om deze info uit
te wisselen met brein. Belangrijkste tract van
laterale pathways.
o Ook wel pyramidal tract, want als
je een cross-sectie maakt lijkt het
op een driehoek.
Axonen van de cortex komen door de
interne capsule, waardoor er een brug
ontstaat tussen telencephalon en
thalamus, vervolgens door pons en
verzamelen bij de medulla. Tract vormt
hier een bult, ook wel medullary pyramid
en loopt langs ventrale kant van de
medulla. Bij de kruising van medulla en ruggengraat, kruisen de pyramidal tracts. Dus:
o Rechter motorcortex reguleert bewegingen aan de linker kant van het lichaam
o Linker motorcortex reguleert bewegingen aan de rechterkant van het lichaam
Wanner ze gekruist zijn, komen ze samen in laterale column van spinal cord en vormen
dus de lateral corticospinal tract. Ze eindigen in dorsolaterale deel van ventral horns en
intermediate gray matter → plek waar neuronen zitten voor distale spieren
- Rubrospinal tract (indirect)
Is veel kleiner. Komt vanuit red nucleus in midbrein en kruist zich in de pons, bijna parallel
met corticospinale tract in laterale kolom van ruggenmerg. Input komt vooral vanuit frontale
cortex, net als andere tract. Liep eerst samen met corticospinale tract en functies van tract
bij mensen overgenomen door andere tract.
Het meest belangrijke component is de corticospinale tract. Het is de langste in de neocortex, en een
van de langste van het CNS. 2/3e van de axonen in het kanaal vindt zijn oorsprong in gebieden 4 en 6
van de frontale kwab – de motor cortex.
Effect van laesies aan de laterale pathway: Bij apen onderzocht: als je laesies hebt in zowel de
corticospinale- als het rubrospinale kanaal kun je geen gefractioneerde bewegingen maken met je
armen en handen. Je kan je schouders, ellebogen, gewrichten en vingers niet onafhankelijk van
elkaar bewegen. Vrijwillige bewegingen worden langzamer en minder nauwkeurig. De apen konden
nog wel rechtop zitten en een normale houding aannemen.
,Laesie in alleen het corticospinale kanaal zorgt voor bewegingstekorten. Deze zijn net zo sterk als de
laesies aan de laterale kolommen. Schade aan de motorcortex of het corticospinale kanaal zorgen
voor verlamming aan de contralaterale kant van het lichaam, maar na een tijdje kunnen mensen met
deze schade toch weer vrijwillige bewegingen
uitvoeren. Het verlies van vrijwillige
bewegingen aan de contralaterale kant van het
lichaam heet hemiplegia. Dit resulteert vaak uit
een bloeding in de middelste hersenslagader.
Het is het symptoom van een beroerte en zorgt
ervoor dat iemand een bepaalde ledemaat niet
meer kan bewegingen. Het beïnvloedt vaak
distale effectoren, zoals de vingers en hand.
De ventromediale pathways
4 aflopende kanalen die hun oorsprong hebben
in de hersenstam en eindigen tussen de spinale
interneuronen. Ze controleren proximale en
axiale spieren voor postuur en voortbeweging.
Deze pathways gebruiken sensorische
informatie over balans, lichaamspositie en visuele omgeving om reflexmatig de bals en het
lichaamspostur te behouden en reflexbewegingen te controleren.
Deze 4 kanalen zijn:
- The vestibulospinal tract.
Houdt het hoofd en de nek in balans als de schouders bewegen. Beweegt het hoofd als response
op nieuwe sensorische stimuli. Komt uit de vestibulaire
nuclei van de medulla en werkt met de cochlea. Ook
betrokken bij gebalanceerd postuur. De beweging van
vloeistof in het labyrint zorgt ervoor dat haarcellen
geactiveerd worden die signaal geven aan de vestibular
nuclei.
o Een component projecteert bilateraal naar
de ruggengraad en activeert spinal circuits
→ nek en rugspieren controleren en dus
zorgen voor hoofdbewegingen.
o Andere component projecteert ipsilateraal
naar lumbar spinal cord → recht en
gebalanceerd postuur.
- The tectospinal tract
Houdt hoofd en nek in balans als schouders bewegen, en
beweegt hoofd als respons op nieuwe sensorische stimuli. Komt uit superior colliculus van
midbrein, welke input krijgt van retina en projecties van visuele cortex, maar ook
somatosensorische en auditieve informatie → maakt een map van de wereld om ons heen en
helpt ons om deze nieuwe stimuli in de gaten te houden en hier een respons op te geven. Na
verlaten van colliculus, projecteert op ruggenmerg -> helpen controleren spieren nek, schouders
en benen. Komen beide vanuit de reticulaire
, - The pontine reticulospinal tract (mediaal)
Komt vanuit de reticulaire formatie. Verbetert
anti-zwaartekracht reflexen van ruggenmerg.
Helpt lagere ledematen met het behouden van
een staand postuur en negeert zwaartekracht.
Heel belangrijk bij motorische controle. Als je
antigravity niet zou hebben, zou je omvallen,
door deze tract kun je dus blijven staan.
- The medullary reticulospinal tract (lateraal)
Komt vanuit de reticulaire formatie. Bevrijdt
anti-zwaartekracht reflexen van ruggenmerg.
Hierdoor kun je bewegen. Helpt lagere
ledematen met het behouden van een staand
postuur en negeert zwaartekracht. Heel
belangrijk bij motorische controle.
Balans tussen deze 2 tracts en pontine tract is nodig om een balans te krijgen tussen stilstaan en
bewegen.
Plannen van beweging door de cerebrale cortex:
Doelgerichte beweging hangt af van de kennis van waar het lichaam zich bevindt in de ruimte, waar
het naartoe moet en de selectie van het plan om daar te komen. Deze verschillende aspecten van
motor controle zijn gelokaliseerd op verschillende plekken in de cerebrale cortex.
- De motorcortex
Corticale gebieden 4 en 6 zijn de motorische cortex.
De motorcortex ligt in de frontale kwab.
Gebied 4 ligt voor de centrale sulcus – in de precentrale gyrus, en wordt
ook wel de primaire motorcortex (M1) of Brodmann area 4 genoemd.
Stimulatie van gebied 4 leidt tot activiteit van de contralaterale kant van
het lichaam.
Gebied 6 ligt net voor gebied 4, op de kruising van de ‘what’ en ‘where’
pathway. Corticaal gebied 6 is gespecialiseerd in bekwame vrijwillige
bewegingen en heeft 2 somatotopisch georganiseerde motor maps:
1. Laterale regio – premotor area (PMA) – proximale bewegingen.
2. Mediale regio – supplementary motor area (SMA) distale bewegingen.
Deze 2 gebieden presteren gelijke functies, maar op verschillende groepen spieren. De SMA zendt
aconen die distale motorgebieden direct innerveren. De PMA connect primaire met reticulospinale
neuronen die proximale motorgebieden innerveren.
- Posterior pariëtale en prefrontale cortex. (hoogste niveaus in motorische hiërarchie)
Posterior pariëtale cortex is betrokken bij het vormen van een mentaal beeld van je lichaam en de
omgeving. Krijgt input van de primaire somatosensorische, proprioceptische en visuele gebieden.
• Gebied 5 krijgt input van de primaire somatosensorische cortexen; 1, 2 en 3.
• Gebied 7 krijgt input van hogere visuele gebieden, zoals MT.
Schade in deze gebieden zorgt voor moeite met het vormen van een lichaamsbeeld en de perceptie
van ruimtelijke relaties.
- Neuronale structuren van motorische planning