Menschliche Bewegung besser verstehen

FAU-Professor Dr. Alessandro Del Vecchio erhält DFG-Förderung von rund 1,6 Millionen Euro

Die Forschung von Prof. Dr. Alessandro Del Vecchio widmet sich der Frage, wie das zentrale Nervensystem mit unseren Muskeln zusammenarbeitet, um menschliche Bewegungen zu ermöglichen. Seine Arbeit schließt aktuell zwei Projekte ein, die intelligente Neuro-Orthesen für Patienten, die unter neuromotorischen Beeinträchtigungen der Hände leiden, zum Ziel haben. Prof. Del Vecchio, Leiter des Neuromuscular Physiology and Neural Interfacing Laboratory (N-squared Lab) an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), erhält nun eine Förderung in Höhe von rund 1,6 Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Emmy Noether-Programms und kann damit eine Nachwuchsgruppe aufbauen. Ziel ist es zu verstehen, wie das zentrale Nervensystem Bewegungen des Menschen kontrolliert.

Im Fokus von Prof. Del Vecchios gefördertem Projekt DeMOTUS – die englische Kurzform für „Entschlüsselung des exakten und repräsentativen Outputs des spinalen motorischen Nervensystems des Menschen“ – stehen die Nervenzellen, die für unsere Muskelbewegung verantwortlich sind: motorische Neuronen. Sie vereinen in sich ein einzelnes spinales Motoneuron mit einer Gruppe Muskelfasern und formen den letzten neuronalen Pfad, der für eine Bewegung durchlaufen wird. Um den Ablauf menschlicher Bewegung vom Gehirnsignal bis zur muskulären Ausführung vollständig zu verstehen, müssen zahlreiche Motoneuronen während verschiedenster motorischer Aktivitäten beobachtet und analysiert werden.

Bewegung mit Mini-Sensor dekodieren

Bis jetzt war es nicht möglich, einzelne motorische Neuronen während natürlicher Bewegungen zu identifizieren. Viele neurowissenschaftliche Fragen die Bewegung und neurologische Rehabilitation betreffend blieben so unbeantwortet. Im Laufe der kommenden sechs Jahre möchte Alessandro Del Vecchio das dank eines intramuskulären, elektromyografischen Sensors ändern. Dieser wird nach seiner Entwicklung von hunderten gesunden Muskeln lernen können, wie das zentrale Nervensystem Motoneuronen während synergetischer Handbewegungen steuert. „Stellen Sie sich einen Sensor vor so dünn wie ein Haar: Er wird uns in die Lage versetzen, direkt in die letzten Nervenzellen zu blicken, die die Muskelkraft beeinflussen und uns in Bewegung versetzen. Vielleicht können wir so letztendlich die Geheimschrift unserer Bewegung decodieren“, erklärt Prof. Del Vecchio.

Auf diesen Erkenntnissen basierend hofft er, eine Hypothese bestätigen zu können: Die starke Verbindung zwischen dem Motorcortex und spinalen motorischen Neuronen könnte es Menschen möglich machen, ausgewählte Motoneuronen, denen synaptische Signale gemein sind, selektiv zu aktivieren. Für Personen, die einen Schlaganfall oder eine Verletzung des Rückenmarks erlitten haben, würde das von großer Bedeutung sein. Der Hypothese folgend wären sie demnach in der Lage, Nervenzellen mithilfe von Neurofeedback individuell zu trainieren und schließlich paralysierte Muskeln auf intuitive und natürliche Weise wieder zu bewegen.

Neben neuen Erkenntnissen über den neurologischen Prozess menschlicher Bewegung erlauben die im Projekt gewonnen Einsichten außerdem die Entwicklung neuartiger Robotertechnologien für künstliche Hände und Orthesen. Diese sollen Menschen dienen, die aufgrund eines Schlaganfalls oder einer Rückenmarksverletzung neurologische Einschränkungen ihrer motorischen Fähigkeiten davongetragen haben.

Ein neues Team für DeMOTUS

Emmy Noether-Programme unterstützen exzellente junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf ihrem Forschungsweg. Aktuell stellt Alessandro Del Vecchio sein Team zusammen, um im Frühjahr 2024 mit DeMOTUS beginnen zu können. Dank der DFG-Förderung kann der Neurowissenschaftler drei Vollzeitstellen für Doktorandinnen bzw. Doktoranden besetzen. Auch nach ihrer Promotion können die Forschenden potenziell bis zum Abschluss des Programms im Team bleiben.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Alessandro Del Vecchio
Professor für Neuromuscular Physiology and Neural Interfacing
alessandro.del.vecchio@fau.de