Unterscheidbare Gehirnaktivierungsnetzwerke für das Lernen motorischer Fähigkeiten über kurzer und langer Frist

Der Erwerb einer neuen motorischen Fähigkeit ist zunächst durch eine kurzfristige, schnelle Lernphase gekennzeichnet, in der sich die Leistung rasch verbessert, und anschließend durch eine langfristige, langsamere Lernphase, in der zusätzliche Leistungsgewinne inkrementell sind. Frühere funktionelle Bildgebungsstudien haben angedeutet, dass unterschiedliche Gehirnnetzwerke diese beiden Lernphasen vermitteln, jedoch wurden direkte Vergleiche unter Verwendung derselben Aufgabe nicht durchgeführt. Hier verwendeten wir eine Aufgabe, bei der die Probanden lernen, eine kontinuierliche 8-sekündige Sequenz zu verfolgen, die eine variable isometrische Kraftentwicklung zwischen den Fingern und dem Daumen der dominanten rechten Hand erfordert. Die mit dem Lernen verbundenen Veränderungen der Gehirnaktivierung wurden während des kurzfristigen Lernens einer neuartigen Sequenz, während des kurzfristigen Lernens nach vorheriger kurzer Exposition gegenüber der Sequenz und über eine längere Dauer (3 Wochen) im Training der Aufgabe charakterisiert. Das kurzfristige Lernen war mit einer Abnahme der Aktivität im dorsolateralen präfrontalen, anterioren cingulären, posterioren parietalen, primären motorischen und Kleinhirnrinde sowie mit einer erhöhten Aktivierung im rechten zerebellären dentalen Nukleus, dem linken Putamen und dem linken Thalamus assoziiert. Veränderungen der präfrontalen, parietalen und zerebellären Kortikalis waren beim kurzfristigen Lernen nach vorheriger Exposition gegenüber der Sequenz nicht offensichtlich. Mit dem langfristigen Lernen wurden Aktivitätssteigerungen in der linken primären somatosensorischen und motorischen Kortikalis sowie im rechten Putamen festgestellt. Unsere Beobachtungen erweitern die früheren Arbeiten, die andeuten, dass während der verschiedenen Phasen des motorischen Lernens unterscheidbare Netzwerke rekrutiert werden. Während das kurzfristige motorische Fähigkeitenlernen hauptsächlich mit der Aktivierung eines kortikalen Netzwerks spezifisch für die erlernten Bewegungen assoziiert scheint, umfasst das langfristige Lernen eine erhöhte Aktivierung eines bihemisphärischen kortikal-subkortikalen Netzwerks in einem Muster, das auf eine "plastische" Entwicklung neuer Repräsentationen sowohl für motorische Ausgaben als auch für somatosensorische afferente Informationen hindeutet.