Nr. 5/2021

„In dem Paper geht es um die grundsätzliche Frage: Wie entsteht Bewegung und auf welchen kognitiven Konzepten beruht sie. In Kombination mit Gesten ist diese Frage interessant, weil Gesten oft mit Sprache verbunden werden. In der Gestenforschung nimmt man an, dass Gesten in der linken Hemisphäre entstehen. Der Clou ist aber, dass wir unsere Hände unterschiedlich einsetzen. Wie genau, haben wir untersucht“, berichtet Helmich. Bereits bekannt war, dass unterschiedliche kognitive Funktionen, also Handlungen, die deren bewusste Wahrnehmung betreffen, auf die beiden Hirnhälften – auch Hemisphären genannt – aufgeteilt sind. Handbewegungen mit emotionalem Kontext stammen eher aus der rechten Hirnhälfte und werden tendenziell vermehrt mit der linken Hand ausgeführt, Gesten mit pantomimischen Eigenschaften werden eher in der linken Hemisphäre produziert und mit der rechten Hand ausgeführt. Die linke Hirnhälfte steuert also die rechte Hand und umgekehrt. Neuroimaging-Studien konnten zeigen, dass pantomimische und besonders bedeutungsvolle Gesten hingegen nicht nur in einer Hirnhälfte ausgelöst werden, sondern ein gemeinsames Netzwerk aktivieren. Der Reiz zur Bewegung kommt also aus beiden Hirnhälften.

„Bei komplexeren Bewegungen, wenn wir zum Beispiel Werkzeug gebrauchen, Messer und Gabel benutzen oder aber auch räumliche Darstellungen ausführen, stehen immer kognitive Konzepte im Hintergrund. Wenn ich jemandem den Weg erkläre, bilde ich mit meinen Händen eine räumliche Vorstellung aus meinem Kopf ab. Dabei ist die Frage interessant, ob man an der Handbewegung erkennen kann, aus welcher Hirnhälfte die Bewegung stammt, und ob eine spezifische Lateralität an den Handbewegungen erkennbar ist. Ob also eine Hand verstärkt für eine bestimmte Bewegung eingesetzt wird. Das haben wir versucht, in unserem Experiment darzustellen“, so der Wissenschaftler.

Um zunächst die Art der Handbewegungen zu identifizieren und später auch Rückschlüsse auf ihren Ursprung im Gehirn herauszufinden, führte Helmich zusammen mit seinen Kolleg*innen zwei aufeinander aufbauende Experimente durch. Jeweils 20 Rechtshänder*innen ohne Vorerkrankung hatten in den Experimenten die Aufgabe, zwei dreidimensionale kubische Objekte, die ihnen über einen Monitor gezeigt wurden, symbolisch in einen identischen Endzustand zu bringen. Um ihren Lösungsweg zu zeigen, durften die Testpersonen nur ihre beiden Hände verwenden und nicht sprechen. Im ersten Experiment war jeweils eines der Objekte – entweder auf der linken oder der rechten Monitorhälfte – als für den Betrachter symmetrisch und stabil dargestellt, das andere Objekt um eine variierende Gradanzahl (45°, 135°, 225°, 315°) rotiert (Bild 1). „Unsere Anweisung an die Proband*innen war: Stellen Sie mit Ihren beiden Händen dar, wie sie die Objekte in dieselbe Position überführen. Wir haben später mittels Codierung überprüft, ob sich ein auffälliges Muster bei den Handbewegungen zeigt“, erklärt der Spoho-Wissenschaftler. Untersucht wurden nur Rechtshänder*innen, weil bei Linkshänder*innen bekannt ist, dass sie ihre Hände allgemein weniger spezifisch einsetzen und bei Gesten häufiger die Hand wechseln.

Im ersten Experiment wurde zunächst überprüft, ob die Proband*innen ihre Hände überhaupt – so wie von den Wissenschaftler*innen vermutet – unabhängig voneinander dafür einsetzen, räumliche und pantomimische Informationen darzustellen und wie die jeweiligen Gesten für Raum und Pantomime aussehen. Dafür machten sich die Wissenschaftler*innen den sogenannten „Skewedness Bias“, beschrieben 1994 von Norman Cook und Kollegen, zu Nutze: Aus vorherigen Studien ergab sich die Hypothese, dass Menschen die Tendenz haben, immer ein unstabil aussehendes Objekt hin zu einem symmetrisch aussehenden, stabilen Objekt zu bewegen. „Im ersten Experiment ging es noch gar nicht um die hemisphärische Lateralität. Wir haben erstmal geschaut, welche Hand wird für welche Geste eingesetzt. Wir konnten im Versuch zeigen: Die eine Hand dreht immer das instabile Objekt und die andere stellt das stabile Objekt dar (Anm. der Redaktion: Bild 2). So wussten wir, wie die Handbewegungen aussehen, die rotieren und wie die aussehen, die den Raum darstellen. Das haben wir im zweiten Experiment weitergedacht und beide Objekte in eine instabile Position gebracht (Anm. der Redaktion: Bild 3)“, beschreibt Helmich. Im zweiten Experiment überprüften die Wissenschaftler*innen, ob sich bei beidseitig instabilen Objekten eine hemisphärische Lateralität zeigt; ob also die spezifischen Handbewegungen für Raum und Manipulation immer mit derselben Hand ausgeführt werden und sich ihr Ursprung daher zuverlässig auf eine Hemisphäre zurückführen lässt.

„Im ersten Experiment haben die Proband*innen die Hände immer abgewechselt: Je nachdem, auf welcher Seite das stabile Objekt eingeblendet war, haben sie auf dieser Seite den räumlichen Bezug hergestellt. Beim Experiment mit zwei instabilen Objekten haben sie aufgehört, die Hände abzuwechseln und signifikant häufiger die rechte Hand für die Manipulation genutzt und die linke Hand für den räumlichen Bezug (Anm. der Redaktion: Bild 4). Obwohl beide Objekte instabil aussahen, haben sie immer das eine Objekt zu dem anderen gedreht. Damit konnten wir zeigen, dass eine klassische Lateralisierung der Bewegung besteht. Gesten mit Bezug zum Raum entstammen der rechten Hemisphäre, solche mit Bezug zum Objekt der linken Hemisphäre“, erklärt Helmich.

Interessant, so der Wissenschaftler, ist diese neue Erkenntnis vor allem dann, wenn Menschen in ihren Handbewegungen eingeschränkt sind oder ihre Bewegungen optimieren wollen. Eine Einschränkung der Motorik der Hände entsteht häufig als Folge von Schlaganfällen in der linken Hirnhälfte, kann aber auch durch Demenz oder Hirntumore ausgelöst werden. Sind Patient*innen davon betroffen, können sie einzelne Handbewegungen nicht mehr ausführen; zum Beispiel können sie die Tür nicht mehr aufschließen oder keine Stifte mehr zum Schreiben nutzen. Diese Störung der Motorik wird als Apraxie oder auch „Werkzeugstörung“ bezeichnet (Video).

„Unsere Ergebnisse bestätigen die Annahme, dass Gesten und Handbewegungen unterschiedlich geplant werden und verschiedenen neuronalen Korrelaten unterliegen. Weiß man, dass die rechte Hemisphäre stärker räumlich Prozesse verarbeitet, kann man diese Information zum Beispiel für Aufgaben in der Reha oder aber auch im Sport nutzen. Man kann überlegen, ob man einem Patienten, der nach einer neurologischen Störung davon betroffen ist, bestimmte Handbewegungen nicht mehr richtig ausführen zu können, spezifische Aufgaben gibt und beide Hände unterschiedlich trainiert. Ähnliches ist für die Leistungsoptimierung im Sport möglich“, so Helmich. Relevant ist die Erkenntnis immer dann, wenn im Sport ein Objekt – zum Beispiel ein Schläger – eingesetzt wird. Auch hier können beide Hände unterschiedlich trainiert werden.

Langfristig, so erzählt Helmich, möchte er mit seiner Forschung aber nicht nur dazu beitragen, die allgemeine Reha und das Training im Sport zu optimieren, sondern er möchte ein ganz spezifisches Tool entwickeln; ein Tool zur schnelleren und präziseren Diagnose von Gehirnerschütterungen: „Neueste Erkenntnisse legen nahe, dass es sich bei der Gehirnerschütterung um eine Transmissionsstörung handeln könnte, also eine verschlechterte Zusammenarbeit der beiden Hemisphären. Es wird vermutet, dass bei Gehirnerschütterungen die weiße Substanz, die die Nervenfasern ummantelt und die beiden Hemisphären verbindet, betroffen ist. Für Aufgaben wie in unseren Experimenten müssen beide Hemisphären gut zusammenarbeiten. Einen vergleichbaren Test könnte man in Zukunft dafür einsetzen, konkret die Zusammenarbeit der beiden Hemisphären zu überprüfen und so Gehirnerschütterungen präziser zu diagnostizieren.“ Dass Menschen, die bereits eine Gehirnerschütterung hatten, auch spezielle Handbewegungen zeigen, konnte Helmich schon in anderen Experimenten zeigen (Link). Das jetzige Paper ist ein weiterer Schritt zur Entwicklung eines Gehirnerschütterungs-Diagnose-Tools.

Text: Marilena Werth