Leistungsdeterminanten der visuomotorischen Reaktionsschnelligkeit*

Key notes:

  • In Sportarten mit hohem Zeitdruck ist die Reaktionsschnelligkeit eine wichtige Leistungsdeterminante, da eine kurze Reaktionszeit die Gesamtdauer eines Bewegungsablaufs entscheidend verkürzen kann.
  • Die minimal benötigte Zeit, um auf einen visuellen Reiz angemessen reagieren zu können, hängt dabei nicht nur der Leistungsfähigkeit der unterschiedlichen beteiligten Systeme ab, sondern auch von der Situationskomplexität und dem Schwierigkeitsgrad der motorischen Antwort.
  • Athletinnen/Athleten verfügen über eine schnellere Reaktionsfähigkeit im Vergleich zu Nicht-Athleten.
  • Die Interindividuelle Unterschiede in der visuomotorischen Reaktionszeit scheinen dabei vor allem von der Transformationsgeschwindigkeit des visuellen Signals in einen motorischen Befehl aber auch von der Wahrnehmung der visuellen Information und Effizienz der Informationsverarbeitung abhängig zu sein.
  • Reaktionsschnelligkeit ist trainierbar.

Die Reaktionszeit (Zeitspanne zwischen Auftreten eines Reizes und dem Beginn der motorischen Antwort) spielt in alltäglichen Situationen eine wichtige Rolle. Nicht weniger wichtig ist die Reaktionsgeschwindigkeit für Spitzensportler aus verschiedenen Mannschaftsportarten (z. B. Reaktion des Torwarts auf einen fliegenden Ball), Rückschlagsportarten (z. B. Return im Tennis) und Kampfsportarten (z. B. Abwehr eines Angriffsschlags im Boxen), denn die Reaktionszeit trägt maßgeblich zur Gesamtdauer eines Bewegungsablaufs (= Reaktionszeit + Zeit zum Ausführen der Zielbewegung) bei. In Sportarten mit hohem Zeitdruck ist die Reaktionsschnelligkeit somit eine wichtige Leistungsdeterminante1, da Dank einer kurzen Reaktionszeit die Gesamtdauer eines Bewegungsablaufs entscheidend verkürzt werden kann.

Sportler müssen schnell und flexibel auf unterschiedliche Reizformen (taktile, visuelle und akustische) reagieren können. Dabei spielen in vielen Sportarten vor allem visuelle Reize eine tragende Rolle2. Betrachtet man die visuomotorische Reaktion genauer, lässt sich diese grob in neun Subprozesse untergliedern, deren individuelle Ablaufgeschwindigkeiten in der Gesamtheit die Reaktionszeit bestimmen.

Von der inneren Oberfläche des Auges (Netzhaut/Retina) werden die neuronalen Signale, die die visuelle Information codieren, über den Sehnerv (Gesamtheit vieler einzelner Nervenfasern der Augen) zu Gehirn-Arealen der visuellen Reizverarbeitung weitergeleitet3. Die von der Netzhaut weitergeleiteten Informationen werden zunächst über den primären visuellen Kortex wahrgenommen und anschließend in höheren visuellen Kortex Arealen verarbeitet (z.B. Interpretation nach Farbe, Form, Größe, Entfernung und Orientierung/Richtung eines Objektes – das Objekt wird jetzt bewusst „erkannt“). Die visuellen Informationen werden daraufhin in den Assoziationsarealen (alle Regionen der Großhirnrinde mit Ausnahme der primären und sekundären motorischen bzw. sensorischen Areale) des Gehirns mit früheren (Bewegungs-)Erfahrungen verglichen4. Basierend darauf wird im prämotorischen Kortex ein zielführendes Bewegungsprogramm erstellt und das Bewegungsprogramm durch den supplementär motorischen Kortex initiiert. Unter der Beteiligung unterschiedlicher motorischer Rindengebiete wie z.B. dem primären motorischen Kortex (hier wird das Bewegungsprogramm in die Ansteuerung spezifischer motorischer Einheiten umgesetzt) und dem Kleinhirn (u.a. zuständig für die motorische Feinkoordination, Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungskontrolle5,6), wird das Bewegungssignal zunächst über zentrale und dann über periphere efferente (absteigende) Nervenfasern an die Muskulatur weitergeleitet 3 **.

Die minimal benötigte Zeit, um auf einen visuellen Reiz angemessen reagieren zu können, hängt dabei nicht nur von der Leistungsfähigkeit der unterschiedlichen beteiligten Systeme ab, sondern auch von der Komplexität der Situation 7 und dem Schwierigkeitsgrad der motorischen Antwort 8. Hierbei gilt, je komplexer die Situation, das heißt je mehr Handlungsalternativen zur Verfügung stehen, Informationen berücksichtigt, oder nicht relevante Reize ausgeblendet werden müssen, bzw. je motorisch anspruchsvoller die Zielbewegung, desto länger dauert der gesamte visuomotorische Prozess 9,10,7. Reaktionen, bei denen viele verschiedene Informationen berücksichtigt werden müssen und unterschiedliche Handlungsoptionen zur Verfügung stehen, bezeichnet man als ‚komplexe motorische Reaktionen‘. Insbesondere Spielsportarten verlangen Athleten regelmäßig komplexe motorische Reaktionen ab, die zusätzlich noch unter hohem Zeitdruck erfolgen müssen. Dass die Reaktionszeit u.a. in Abhängigkeit von der Komplexität der Situation steigt7, lässt auf einen verstärkten Einfluss der kognitiven Informationsverarbeitung schließen.

Im Allgemeinen können Sportler schneller auf Reize reagieren als Nicht-Sportler 11,12. In diesem Zusammenhang wurde nachgewiesen, dass sich die Grundaktivität des supplementär motorischen Areals, die Dichte an Nervenzellen im Kleinhirn, sowie funktionelle Verknüpfung zwischen unterschiedlichen visuellen und motorischen Hirnarealen, stark zwischen Athleten und Nicht-Athleten unterscheiden 13,14. Die (Grund[FE1] -)Aktivität des supplementär motorischen Areals bzw. des motorischen Systems hängt wiederum stark mit der visuomotorischen Reaktionszeit zusammen 15,16. Interindividuelle Unterschiede in der visuomotorischen Reaktionszeit scheinen dabei vor allem von der Transformationsgeschwindigkeit des visuellen Signals in einen motorischen Befehl3 aber auch von der Wahrnehmung der visuellen Information und Effizienz der Informationsverarbeitung12 abhängig zu sein. Neuronale Prozesse die unmittelbar mit der Bewegungsausführung zusammenhängen (z.B. im primär motorischen Kortex) scheinen dabei eher eine untergeordnete Rolle zu spielen.

Bei Athleten nimmt die Reaktionszeit mit zunehmender Trainingserfahrung weiter ab17 und gezielte Trainingsinterventionen können zu einer kürzeren Reaktionszeit bei Wahl- als auch Einfachreaktionen führen 18,19,20. Dies lässt zumindest auf eine teilweise Trainierbarkeit der beteiligten Systeme schließen und widerlegt somit die lang bestehende Annahme, dass die Reaktionsschnelligkeit primär genetisch vorbestimmt sei.

*Auf Grund der vereinfachten Lesbarkeit wird in diesem Text das generische maskulin im Sinne der geschlechtsneutralen Personenbezeichnung verwendet werden. Dies soll jedoch in keinem Fall als Herabsetzung des weiblichen Geschlechts, oder anderer Geschlechteridentitäten verstanden werden. Ein Zusammenhang der explizit in Abhängigkeit zum Geschlecht des Personenkollektivs steht, wird im Text gesondert kenntlich gemacht.

**Es ist wichtig anzumerken, dass es sich nur um eine oberflächliche Beschreibung ausgewählter perzeptiver und kognitiver Teilprozesse handelt und unsere Beschreibung der Komplexität der willkürlichen Bewegungsbildung und Steuerung nur unzureichend gerecht wird. Wer sich für eine detaillierter Beschreibung der neurophysiologischen Grundlagen der visuellen Wahrnehmung und Bewegungssteuerung interessiert sei auf Bellenbaum (2012)4 und Latash (2008)21 verwiesen.

Quellenverzeichnis:

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  2.  Zwierko, T., Lubiński, W., Lesiakowski, P., Steciuk, H., Piasecki, L., Krzepota, J. (2014). Does athletic training in volleyball modulate the components of visual evoked potentials? A preliminary investigation. Journal of Sports Science. 32(16), 1519-1528. DOI: 10.1080/02640414.2014.903334.
  3. Hülsdünker, T., Strüder, H. K., & Mierau, A. (2016). Neural Correlates of Expert Visuomotor Performance in Badminton Players. Medicine and science in sports and exercise48(11), 2125–2134. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000001010
  4. Bellebaum, C., Thoma P., Daum, I. (2012). Visuelle Wahrnehmung: Was, wo und wie. In Prof. Dr. Jürgen Kriz (Hrsg.), Neurophysiologie (S.31-37). Wiesbaden:VS Verlag
  5. Ebner, T.J., Hewitt, A.L. & Popa, L.S. (2011). What Features of Limb Movements are Encoded in the Discharge of Cerebellar Neurons?. Cerebellum, 10, 683–693 (2011). https://doi.org/10.1007/s12311-010-0243-0
  6. Hewitt, A. L., Popa, L. S., Pasalar, S., Hendrix, C. M., & Ebner, T. J. (2011). Representation of limb kinematics in Purkinje cell simple spike discharge is conserved across multiple tasks. Journal of neurophysiology, 106(5), 2232–2247. https://doi.org/10.1152/jn.00886.2010
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  21. Latash, M. L. (2008). Neurophysiological basis of movement (2nd ed.). Human Kinetics.

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