Der menschliche sensomotorische Kortex fördert Muskelsynergien durch kortiko-synergistische Kohärenz

Im neuromotorischen Steuerung wird die Dimensionalität komplexer muskulärer Aktivierungsmuster effektiv durch das Entstehen von Muskelsynergien reduziert. Muskelsynergien sind auf die aufgabenspezifischen biomechanischen Bedürfnisse zugeschnitten. Traditionell werden sie als niederdimensionale neuronale Ausgaben des Rückenmarks betrachtet und ihre kohärenten kortiko-muskulären Pfade blieben bislang unerforscht bei Menschen. Wir untersuchten, ob Muskelsynergien einen höherdimensionalen Ursprung haben, insbesondere, ob sie im kortikalen motorischen Netzwerk manifest werden. Wir konzentrierten uns auf kortikale Muskelsynergie-Darstellungen, die an der Gleichgewichtskontrolle beteiligt sind, und untersuchten Änderungen der kortiko-synergistischen Kohärenz, die mit einem kurzfristigen Gleichgewichtstraining einhergehen. Wir erfassten Elektromyographie und Elektroenzephalographie und rekonstruierten die kortikale Quellenaktivität mit adaptiven räumlichen Filtern. Letztere basierten auf drei Muskelsynergien, die aus der Aktivität von neun einseitigen Beinmuskeln unter Verwendung nicht-negativer Matrixfaktorisierung zerlegt wurden. Die entsprechende kortiko-synergistische Kohärenz zeigte phasenfixierte Aktivität im Piper-Rhythmus, d.h. kortiko-spinale Synchronisation um 40 Hz. Unsere Studie zeigte die Präsenz von Muskelsynergien im motorischen Kortex, insbesondere im parazentralen Lobulus, der für die Repräsentation der unteren Extremitäten bekannt ist. Wir schließen daraus, dass neuronale Oszillationen zwischen dem motorischen Kortex und den Pools spinaler Motoneuronen synchronisiert sind, was Muskelsynergien signalisiert. Die entsprechende kortiko-synergistische Kohärenz um den Piper-Rhythmus nimmt mit der traininginduzierten Verbesserung des Gleichgewichts ab.