Springer Nature is making SARS-CoV-2 and COVID-19 research free. View research | View latest news | Sign up for updates

Hirnpotentialänderungen bei Willkürbewegungen und passiven Bewegungen des Menschen: Bereitschaftspotential und reafferente Potentiale

Summary

A method of chronological data storage and reverse computation is described by which bio-electrical phenomena preceding “spontaneous” events within the nervous system can be analysed if these events appear repeatedly and are capable of triggering a computer.

Slow brain potentials accompanying voluntary and passive movements of the limbs were analysed by this method. These potentials were recorded from different points of the scalp from 12 healthy subjects in 94 experiments with more than 100 movements in each record. At times artifacts were superimposed upon cerebral potentials. The former were identified, and, as far as was possible, eliminated.

Voluntary hand or foot movements are preceded by a slowly increasing surfacenegative cortical potential of 10–15 μV, called readiness potential. This potential is maximal over the contralateral precentral region, but shows bilateral spread and is larger over the frontal than over the occipital areas. The readiness potential increases with intentional engagement and is reduced by mental indifference of the subject.

Voluntary movements are followed by a complex potential with an early positive phase that begins 30–90 msec after the onset of movement. The late potentials following voluntary movements are similar to those after passive movements. Both resemble the late bilateral components of the evoked potentials after electrical stimulation of peripheral nerves. Some variable differences between the early components of the potentials after the onset of active and passive movements require further investigation.

No relation between the onset of voluntary movements and the phase of the alpha rhythm could be detected.

Zusammenfassung

Eine Methode zur chronologischen Datenspeicherung und Rückwärtsanalyse hirnelektrischer Begleitvorgänge wiederholter Willkürbewegungen beim Menschen wird beschrieben.

Mit dieser Methode wurden langsame Hirnpotentiale 1. bei Willkürbewegungen von Hand und Fuß und 2. bei ähnlichen passiven Handbewegungen bei 12 gesunden Menschen in 94 Versuchen mit je über 100 Bewegungen in 3 Kanälen untersucht.

Vor Willkürbewegungen der Hand und des Fußes entsteht ein langsam ansteigendes oberflächen-negatives Hirnpotential von 10–15 μV, das Bereitschaftspotential genannt wird. Sein Maximum liegt über der kontralateralen Präcentralregion bei bilateraler Verteilung über der Schädelkonvexität, frontal größer als occipital. Es wächst mit Aufmerksamkeit und intentionaler Beteiligung der Versuchsperson und nimmt bei Gleichgültigkeit ab. Eine Korrelation des Beginns der Willkürbewegungen zur Phase des Alpharhythmus war nicht nachweisbar.

Nach der Willkürbewegung entsteht ein mehrphasisches Potential mit früher Positivierung, die 30–90 msec nach der Bewegung beginnt. Die Hirnpotentiale nach Willkürbewegung ähneln denen nach passiver Bewegung und den späten Komponenten des „evoked potential“ auf elektrischen Medianusreiz. Variable Unterschiede der frühen Potentialänderungen nach aktiven und passiven Bewegungen bedürfen weiterer Untersuchung.

Weitergehende Anwendungen der Rückwärtsanalyse werden besprochen. Ähnlichkeiten des Bereitschaftspotentials zur Erwartungswelle G. Walters bei bedingten Reflexen und Quellen von Artefakten durch Augenbewegungen usw. werden diskutiert.

This is a preview of subscription content, log in to check access.

Literatur

  1. 1

    Allison, T.: Recovery functions of somatosensory evoked responses in man. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 14, 331 (1962).

  2. 2

    Bates, J. A. V.: Electrical activity of the cortex accompanying movement. J. Physiol. (Lond.) 113, 240 (1951).

  3. 3

    Bickford, R. G., J. L. Jacobson, and D. T. R. Cody: Nature of average evoked potentials to sound and other stimuli in man. Ann. N. Y. Acad. Sci. 112, 204 (1964).

  4. 4

    Caspers, H.: Changes of cortical D.C. potentials in the sleep-wakefulness cycle. In: The nature of sleep. London: Churchill 1961.

  5. 5

    Chatrian, G. E., M. C. Petersen, and J. A. Lazarte: The Blocking of the rolandic wicket rhythm and some central changes related to movement. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 11, 497 (1959).

  6. 6

    Dawson, G. D.: Cerebral responses to electrical stimulation of peripheral nerve in man. J. Neurol. Psychiat. 10, 137 (1947).

  7. 7

    Giblin, D. R.: Somatosensory evoked potentials in healthy subjects and in patients with lesions of the nervous system. Ann. N. Y. Acad. Sci. 112, 93 (1964).

  8. 8

    Goff, W. R., B. S. Rosner, and T. Allison: Distribution of cerebral somatosensory evoked responses in normal man. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 14, 697 (1962).

  9. 9

    Holst, E. von, u. H. Mittelstaedt: Das Reafferenzprinzip. Naturwissenschaften 37, 464 (1950).

  10. 10

    Jasper, H., and W. Penfield: Electrocorticograms in man: Effect of voluntary movement upon the electrical activity of the precentral gyrus. Arch. Psychiat. Nervenkr. 183, 163 (1949).

  11. 11

    Klass, D. W., and R. G. Bickford: Observations on the rolandic arceau rhythm. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 9, 570 (1957).

  12. 12

    Kornhuber, H. H., u. L. Deecke: Hirnpotentialänderungen beim Menschen vor und nach Willkürbewegungen, dargestellt mit Magnetbandspeicherung und Rückwärtsanalyse. Pflügers Arch. ges. Physiol. 281, 52 (1964).

  13. 13

    Kruger, L., and C. Henry: Electrical activity of rolandic region in unanesthetized monkey. Neurology (Minneap.) 7, 490 (1957).

  14. 14

    Rowland, V., and M. Goldstone: Appetitively conditioned and drive-related bioelectric baseline shift in cat cortex. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 15, 474 (1963).

  15. 15

    Shvets, T. B.: Conference on electrophysiology of higher nervous activity. Abstracts, Moskau 1958, p. 138. Zitiert nach V. S. Rusinov: General and localized alterations in the electroencephalogram during the formation of conditioned reflexes in man. Electroenceph. clin. Neurophysiol. Suppl. 13, 309 (1960) (Moscow Colloquium).

  16. 16

    Taylor, E. H., and W. S. Haughton: Some recent researches on the topography of the convolutions and fissures of the brain. Trans. roy. Acad. Med. Ireland 18, 511 (1900).

  17. 17

    Uttal, W. R., and L. Cook: Systematics of the evoked somatosensory cortical potential: a psychophysical-electrophysiological comparison. Ann. N. Y. Acad. Sci. 112, 60 (1964).

  18. 18

    Walter, W. G.: Slow potential waves in the human brain associated with expectancy, attention and decision. Arch. Psychiat. Nervenkr. 206, 309 (1964).

  19. 19

    ——, and A. L. Winter: Contingent negative variation: an electric sign of sensori-motor association and expectancy in the human brain. Nature (Lond.) 203, 380 (1964).

Download references

Author information

Additional information

Mit 7 Textabbildungen

Mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Wesentliche Teile dieser Arbeit sollen von Herrn Deecke als Dissertation der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg i. Br. vorgelegt werden.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Kornhuber, H.H., Deecke, L. Hirnpotentialänderungen bei Willkürbewegungen und passiven Bewegungen des Menschen: Bereitschaftspotential und reafferente Potentiale. Pflügers Arch. 284, 1–17 (1965). https://doi.org/10.1007/BF00412364

Download citation