SMR (Sense motorischer Rhythmus
Im Neurofeedback wird oft die so genannte SMR Frequenz zwischen 12 und 15 Hz hoch trainiert. Seit Barry Sherman seine Katzen solcherart trainiert einem aggressiven Raketentreibstoff aussetzen konnte, OHNE diese zu töten, woraufhin er seine epileptische Mitarbeiterin mittels eines Trainings dieser Frequenz von der Epilepsie heilen konnte, ist das SMR Training hoch gelobt und hat sich als nützlich, auch zur Therapie von AD(H)S erwiesen. Was aber ist SMR oder warum funktioniert das Training?
In meinem BLOG über die Neurofeedback Forschungen und Erfahrungen von Michael Thompson und Lynda Thompson habe ich Thompsons Begründung bereits gepostet. Sie lautet wie folgt:
Dr. Michael Thompson:
„An diesem Punkt ist es von Interesse, auf die Wahrscheinlichkeit hinzuweisen, dass der senso-motorische Rhythmus (SMR) von No-Go Zuständen der Basal Ganglien stammt und dass das SMR Training die Fähigkeit steigert, willentlich diese No-Go Zustände zu erzeugen. Das stimmt mit der Feststellung (siehe Sterman and Thompson, 2014) überein, dass SMR mit Unbeweglichkeit zusammen hängt und anfänglich beobachtet wurde, wenn Katzen eine vorher erwünschte Reaktion unterdrücken mussten. Die Feststellung (Boulay et al. (2011)), dass die Reaktionszeit bei Go/NoGo Aufgaben die SMR Produktion erhöht (verlangsamte Reaktionszeit während hoher SMR Produktion und kürzere Reaktionszeit bei niedriger SMR Produktion.) sind genau das erwartete Ergebnis, das man bei bei den Reaktionen der Basalganglien bei Go/NoGo Tests auch erwarten würde. Die Behauptung, dass SMR während NO-Go Zuständen produziert wird, stimmt mit der Beobachtung überein, dass die fMRI Aktivität im Striatum während der Produktion von SMR angehoben ist. (Birbaumer, nicht publizierte Resultate, berichtet von Sterman und Thompson, 2014) Da das Striatum als “leise” Struktur bekannt ist, weil zu jeder Zeit nur geringe Anteile der Neuronen aktiv sind, ist es wahrscheinlich, dass diese fMRI Ergebnisse inhibitorische No-Go Prozesse reflektieren, die im Vergleich zu eher fokalen „Go“ Pfaden, eher synchron und über weiten Arealen ausgedehnt sind. (Bullock et al., 2009).
Die Beobachteung, dass das SMR Training im Grunde striatles No-Go Training ist, stimmt mit allem überein, was man über die der SMR Produktion zugrunde liegenden Mechanismen weiß. Der Rhythmus selbst entsteht durch Interaktionen zwischen zwei Neuronenpopulationen innerhalb des Thalamus: inhibitorischen Neuronen im retikularen thalamischen Nukleus (thalamic reticular nucleus (nRT) ) und exzitatorischen thalamocortikalen Neuronen im verntrobasalen Komplex (ventrobasal (VB) complex).
Eine bedeutende Eigenschaft thalamischer Neuronen, deren Funktion einer großen Bandbreite kortikaler Ryhthmen zugrunde liegt, ist die, dass sie, wenn sie stark genug inhibitiert werden, von tonischer Aktivität zum aktiven Feuern übergehen. Im Falle des SMR Rhythmus bedeutet das, dass die erzeugenden Neuronen, wenn sie im verntrobasalen Komplex ausreichend inhibitiert werden, hyperpolarisieren. Sie verlassen den Zustand der Hyperpolarisierung mit einem Burst an Aktivität, der nahegelegene nRT Neuronen erregt. Das führt dazu, dass die VB Neuronen erneut hyperpolarisieren und dass der Zyklus von vorne beginnt. Auf diese Art und Weise wird eine alternierende Aktivität zwischen beiden thalamischen Nuklei in Gang gehalten. Weil VB ebenfalls exzitatorische Projektionen zum primären somatosensorischen Cortex (S1) sendet, führt die oszillatorische Aktivität im VB zu oszillatorischer Aktivität an S1, die mittels des EEG gemessen werden kann. Die thalamocortikalen Osziallationen, die dem SMR Rhythmus zugrunde liegen, sind schon lange bekannt. Weniger klar ist, was den Prozess auslöst, bei willentlich herbeigeführter SMR Produktion. Das zur Erzeugung von SMR notwendige Verhalten wird begleitet von „no go“ Aktivität in den Basalganglien. Interessant ist die Tatsache, dass “no go” Aktivität des indirekten Pfades zum nRT projeziert (Bullock, 2009). An der Baseline sorgt GPe für tonische Inhibition zum nRT. (At baseline, GPe provides tonic inhibition to nRT.) Tatsächlich würde im “no go” Status, der Output des indirekten Pfades GPe Neuronen inhibitieren, und gleichzeitig Neuronen im nRT disinhibitieren. Die deshalb ansteigende Aktivität im nRT kann dann des oben beschriebenen oszillatorischen Prozess initiieren. (also dadurch, dass VB Neuronen ausreichend inhibitiert werden, um sie zu Bursts zu bringen.)
Die gleichen frontal-subkortikalen Schleifen im Hinblick auf Open-Loop Integration
Das Wissen, wie das Gehirn in der Lage ist, den am besten passenden Plan für das Verhalten auszuwählen und zu aktivieren, wird zweifellos das Wissen und das Verstehen der Aktivitätsflusses in frontal-subkortikalen Schleifen umfassen. Mögliche kognitive und andere Aktionspläne werden in den frontalen Arealen generiert, die ein Bestandteil geschlossener Loops sind, die in den vorhergehenden Diagrammen über Schaltungen des Gehirns bereits dargestellt wurden. Die Schleife (Loop) ist geschlossen, wenn Projektionen vom Thalamus das “go” Signal zurück zu den frontalen Regionen befördert haben, die es ursprünglich erzeugten. Die offenen Schleifenergänzungen zu jeder Schaltung können als Träger contextualer Information betrachtet werden. Diese Schaltungen sind manchmal begleitet von “go“ Signalen mit gleichem Einfluss aus offene und geschlossene Schleifen, um Wege zu ermöglichen, auf denen die Basalganglien weite Areale des Cortex koordinieren können um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen.
Ein motorisches Netzwerk
Motorische Pläne vom suplementären motorischen Kortex, die mit Statusinformationen zur Motorik vom primären motorischen und somatosensorischen Kortex im Putamen stammen, siegreichen „Go“ Signalen, die zum ventrolateralen und ventroanteriorem Thalamus gelangen und wieder zurück zum suplementären motorischen Kortex.
Um ein Beispiel zu geben: im motorischen Netzwerk werden supplementäre motorisch kortikale Pläne (BAs 6,8) und Informationen zum momentanen Status des motorischen Systems zusammenkommen, die vom arcuate prämotorischen Kortex (BA 8), dem primären motorischen Areal (BA 4) und sensomotorischen Kortices (BAs 3,1,2) stammen, um die bestmögliche Aktion einzuleiten, unter Berücksichtigung des momentanen motorischen Zustandes. Neuronen von all diesen, funktional bezogenen, kortikalen Arealen werden zu den teilweise überlappenden Populationen der striatalen medium spiny Neuronen (MSNs) im Putamen projezieren. Hierbei ist es von Bedeutung, dass man sich klar macht, dass eine Bündelung von Inputs, die von einer großen Zahl Cortikaler Neuronen stammen, zu einer erheblich kleineren Anzahl von MSNs erfolgt. Tatsächlich ist jedes MSN dazu bestimmt, 10000 afferente Inputs von unterschiedlichen kortikalen Arealen gleichzeitig aufzunehmen. (Lawrence, 1998).
Die erzwungene Vermischung der Inputs aus den unterschiedlichsten kortikalen Arealen auf dieselben MSN (Medium spiny Neuronen) macht die MSNs zu den geeigneten Regionen, Muster, die von Lernprozessen, – durch zuvor erfolgtes verstärkendes Lernen – darüber, welcher Plan, der gesammelten Informationen über den laufenden Prozess (sowohl von closed- und open looped Arealen stammend) zum erfolgreichen Abschluss der geeignetste ist, generieren Die MSN, die die beste Kombination von Plan, Kontext und Zielen erhalten, werden die aktivsten Regionen sein, die zur Ausführung des Handlungsplan führen. ( Durch den Durchfluss des Circuits durch den GPi und den Thalamus, wie oben bereits beschrieben.) Zur gleichen Zeit führt seine hohe AKTIVIERUNG zur Inhibition anderer MSNs (durch laterale Inhibition), was dazu führt, dass weniger geeignete Handlungspläne für die anliegende Situation nicht ausgeführt werden..
Ein räumliches Netzwerk
Spatial (räumliche) Information bewegt sich von posterioren parietalen und dorsolateralen präfrontalen Regionen zum Kopf des Caudate, zur internen GP/Substantia Nigra, Pars Reticulata, dann zum ventroanterioren und mediodorsalen Thalamus und zurück zum Kortex
Lawrence et al. (1998) beschrieben die originalen Circuits so, dass verschiedene Teile des lateralen präfrontalen Kortex hervorgehoben wurden. Der eher dorsale Teil, der als dorsolateraler präfrontaler Kortex beschrieben wird (DLPFC), besteht aus BA 9 und den dorsalen Aspekten der BAs 10 und 46. Der DLPFC Circuit erhält räumliche Informationen vom posterioren parietalen Kortex (PPC BA 7) und ist bekannterweise beteiligt am räumlichen Arbeitsgedächtnis, etwa der Fähigkeit, einen bestimmten Ort im Gedächtnis zu behalten, wenn der Hinweisreiz für diesen Ort verschwindet. Angemerkt werden muss, dass der PPC Teil des visuellen “Wo” Streams ist. (Der „Was“Stream liegt mehr ventral und beinhaltet den ventro-lateralen prestratiate Kortex (Teile der BAs 18,19) und des inferioren temporal Kortex.
Eher ventral Teile der BAs 10 und 46 werden ventrolateraler präfrontaler Kortex (VLPFC) genannt. Dieser Circuit erhält Objekt Informationen von inferioren und superioren temporalen Gyri(IT BA20 und ST BA22) und ist beteiligt am Arbeitsgedächtnis für Objekte. Anmerkung: dieser Teil des „Was“ visuellen Streams (Pfads) ist beteiligt am Erkennen von Objekten.
Ein visuelles Netzwerk
Visuelle Information von inferioren und superioren temporalen Regionen begegnen ventrolateralen präfrontalen Inputs am Schwanz des Caudate, dann folgen siegreichen Outputs zur internen GP/Substantia Nigra, Pars Reticulata, dann zum ventro-anterioren und mediodorsalen Thalamus, dann zurück zum VLPC
Lawrence et al. (1998) modifizierten die Vorstellung über die originalen Circuits, indem sie den lateralen präfrontalen Kortex aufteilten, in den eben beschriebenen VLPFC und den orbitofrontalen Kortex (OFC). Sie fügten orbitofrontale und anterior cinguläre Cortices zu einem affektiven Netzwerk zusammen, dem sie bekannte und wichtige Inputs aus der Amygdala, des Hippocampus und entorhinalen Regionen hinzugesellten.
Affektives Netzwerk
Affektive Informationen von orbitofrontalen und anterioren cingulären Regionen treffen auf Informationen vom Hippocampus, entorhinalen Regionen und der Amygdala im Nukleus Accumbens, dann folgen siegreiche Outputs zum ventralen Pallidum, zum medialen dorsalen Thalamus, dann zurück zu orbitofrontalen und anterior cingulären Regionen, um Stimmung und emotionale Regionen zu kontrollieren.“
Mit anderen Worten: durch SMR Training bahnen wir langsameren Entscheidungen und Bewertungen den Weg. Das Gehirn scheint sich zwischen schnellen, ungenauen und flüchtigen, also UNANGEPASSTEN Reaktionen und langsamen, angepassten Reaktionen entscheiden zu müssen, wobei die langsameren Pfade, die mehr Pläne verwerfen und zielgenauer operieren, durch SMR Training gestärkt werden. Was die zunehmende Besonnenheit beim SMR Training erklärt, die der Proband zeigt. Ich persönlich halte es für möglich, dass es einen direkten Einfluss auf das Belohnungssystem geben muss, denn die VORSTELLUNG im Hirn des Probanden, geliebt und erfolgreich zu sein, also ruhiges Selbstbewusstsein bereits zu besitzen, erhöht meiner Erfahrung nach die SMR Produktion augenblicklich.