AG Motorisches Lernen

Max-Philipp Stenner ist seit 2018 Freigeist Fellow der VolkswagenStiftung und seit 2017 Leiter der Nachwuchsgruppe Motor Control am LIN. Seine Forschung beschäftigt sich mit der Kontrolle und dem subjektiven Erleben menschlicher Bewegungen und Handlungen. Seine interdisziplinären akademischen Wurzeln, als Neurowissenschaftler als auch als klinischer Neurologe, prägen seine wissenschaftliche Arbeit, die von Grundlagenforschung zur Motorik bis zu translationaler neurowissenschaftlicher Forschung reicht. Seine Studien kombinieren sorgfältig kontrollierte Verhaltensparadigmata mit nicht-invasiver und invasiver Elektrophysiologie beim Menschen, sowohl bei gesunden Probanden als auch bei neurologischen und psychiatrischen Patienten, einschließlich Patienten mit Ataxie, Morbus Parkinson, Tourette Syndrom, ADHS und Zwangserkrankungen.

Max-Philipp Stenner schloss seine Doktorarbeit auf dem Gebiet der zellulären und molekularen Neuroimmunologie 2012 mit summa cum laude ab (Prof. Heinz Wiendl, Julius-Maximilians-Universität Würzburg). Er folgte seitdem seiner langjährigen Neugier und Begeisterung für die Systemneurowissenschaften. Nach einer 3.5-jährigen PostDoc-Zeit am University College London (Wellcome Trust Centre for Neuroimaging, mit Prof. Raymond Dolan und in enger Zusammenarbeit mit Prof. Patrick Haggard) arbeitete Max zunächst als PostDoc am LIN, während er parallel den neurologischen Teil seiner klinischen Weiterbildung abschloss, bevor er mit Antritt seines Freigeist Fellowship seine eigene Nachwuchsgruppe gründete. Max-Philipp Stenner ist zudem Principle Investigator in einem Projekt des SFB 779 (A03) und in einem LIN Special Project. Neben seinem Enthusiasmus für die Neurowissenschaften und die Neurologie ist er begeisterter Klarinettenspieler.

Wie sagen wir Konsequenzen eigener Handlungen voraus?
Dieses Schlüsselprojekt unserer AG untersucht, ob und wie rhythmische elektromagnetische Schwankungen über große Ensembles von Nervenzellen – sog. neuronale Oszillationen – zu einem Grundprinzip unserer Motorik beitragen, nämlich der Fähigkeit unseres motorischen Systems, Konsequenzen bevorstehender Befehle an unsere Muskeln vorherzusagen. Unser motorisches System sagt ständig solche Konsequenzen voraus, etwa eine Veränderung in der Geschwindigkeit und Position unseres Armes während wir ihn in Richtung eines Lichtschalters ausstrecken, die Berührung, die wir verspüren, wenn unsere Finger den Lichtschalter erreichen, und die Veränderung der Helligkeit wenn das Licht schließlich angeht. Solche Vorhersagen sind entscheidend für glatte, zeitlich und räumlich koordinierte, präzise und flexible Bewegungen. Vorhersagen von Handlungskonsequenzen zu generieren erfordert jedoch eine Integration motorischer und sensorischer Informationen. Neuronale Oszillationen könnten für diese Integration eine Schlüsselfunktion einnehmen.

Um das zu untersuchen, kombinieren wir sorgfältig kontrollierte Verhaltensparadigmata mit nicht-invasiven elektromagnetischen Ableitungen bei Gesunden (Magnetenzephalographie und Elektroenzephalographie) und invasiven Ableitungen bei neurologischen Patienten nach Implantation von Elektroden in das Gehirn oder an das Rückenmark. Diese Elektroden werden aus rein medizinischen Gründen implantiert, genauer gesagt, für medizinisch zugelassene, therapeutisch wirksame Verfahren zur Elektrostimulation, etwa in der Behandlung des Morbus Parkinson oder anderer neurologischer Erkrankungen. Als Nebeneffekt erlauben diese Elektroden, ohne zusätzliches Risiko für den Patienten elektromagnetische Signale aus sonst nicht zugänglichen Hirnregionen abzuleiten. Darüber hinaus untersuchen wir neurologische Patienten mit einer Funktionsstörung des Kleinhirns, deren motorisches System Schwierigkeiten hat, Konsequenzen eigener Handlung vorherzusagen.

Unser langfristiges Ziel ist ein detailliertes Verständnis der Rolle neuronaler Oszillationen für motorisches Lernen, auf dessen Grundlage neue therapeutische Verfahren, insbesondere elektromagnetische Hirnstimulationsverfahren, entwickelt werden können, die neuronale Oszillationen zielgerichtet verändern. Solche Verfahren könnten neue Möglichkeiten für eine verbesserte Rehabilitation eröffnen.

Wie verändern unsere eigenen Handlungen Wahrnehmung?
Unsere Bewegungen generieren sensorischen Input – während wir unseren Arm ausstrecken um einen Lichtschalter zu betätigen detektieren Sensoren in unseren Muskeln eine Dehnung der Flexoren, wenn wir den Lichtschalter berühren registrieren Mechanorezeptoren dessen Druck auf der Haut, und wenn wir unseren Blick durch das erleuchtete Zimmer schweifen lassen ändert sich das Bild auf der Netzhaut. Wie berücksichtigen unsere Sinne, dass ein großer Teil ihres Inputs eine Folge unserer eigenen Bewegungen ist? Wir folgen der Idee, dass unser motorisches System Konsequenzen seiner Befehle an die Muskulatur vorhersagt und untersuchen, wie solche Vorhersagen sowohl sensorische Verarbeitung verändert, wiederum mit einem besonderen Augenmerk auf die Rolle neuronaler Oszillationen, und wie sie den Inhalt und die Präzision unserer Wahrnehmung beeinflussen. Darüber hinaus untersuchen wir, ob und wie Bewegungen den Rahmen bilden für die räumliche Verarbeitung multisensorischer Signale.

Wie kommt es zu unserem subjektiven Erleben einer Handlung?
Menschen kann bewusst werden, was sie tun. Typischerweise erleben wir subjektiv sogar volle bewusste Kontrolle darüber, was wir tun, oder nehmen diese zumindest implizit an. Andererseits erleben wir hochspezialisierte Handlungen, wie etwa, ein Musikinstrument oder Tennis zu spielen, gerade dann als besonders erfolgreich, oder „glatt“, wenn wir deren motorische Umsetzung gar nicht mehr wahrnehmen. Stattdessen haben wir in diesen Fällen lediglich das Ziel vor Augen, etwa die Musik, die wir gleich spielen werden. In welchem Verhältnis steht also unser subjektives Handlungserleben mit unserer Bewegungskontrolle, welche Informationen fließen in Erste ein und über welche physiologischen Mechanismen entsteht ein subjektives Erleben? Wir untersuchen wie unser subjektives Handlungserleben sich während eines motorischen Lernprozesses ändert, welche physiologischen Mechanismen den Übergang von einem subjektiven Fokus auf motorische Umsetzung zu einem subjektiven Fokus auf Handlungskonsequenzen begleiten, und wie eine explizite Abfrage, oder ein „sich bewusst Machen“, motorischer Umsetzung motorisches Lernen erleichtert oder hemmt, je nachdem, wie weit der Lernprozess fortgeschritten ist. Wir interessieren uns zudem dafür, wie sich unser normales subjektives Erleben von Bewegung und Handlung in neuropsychiatrischen Erkrankungen ändert, insbesondere beim Tourette Syndrom.