Чем больше мыши двигаются, тем больше связей образуется между некоторыми нейронами в их мозге
Физические упражнения укрепляют мышцы, но, возможно, они также укрепляют и нейронные связи. Согласно исследованию, опубликованному в Neuron1, регулярные занятия на беговой дорожке укрепляют нейронные связи в мозге мышей, благодаря чему определенные нейроны активируются быстрее. Такое «перепрограммирование» было необходимо мышам для постепенного повышения выносливости при беге.
Исследование показало, что мозг — как у мышей, так и, предположительно, у людей — активно участвует в развитии выносливости, то есть способности улучшать результаты физической активности с помощью регулярных тренировок, говорит Николас Бетли (Nicholas Betley), нейробиолог из Пенсильванского университета в Филадельфии и соавтор статьи.
«Вы выходите на пробежку, ваши легкие расширяются, сердце начинает работать лучше, мышцы разрушаются и восстанавливаются. Все это происходит, и в следующий раз вам будет легче, — говорит Бетли. — Я не ожидала, что мозг координирует все эти процессы».
Тренировка мозга
Бетли и его коллеги хотели выяснить, что происходит в мозге, когда человек становится сильнее благодаря физическим упражнениям.
Ученые решили сосредоточиться на вентромедиальном гипоталамусе — области мозга, которая регулирует аппетит и уровень сахара в крови. Затем они сосредоточились на группе нейронов в этой области, которые вырабатывают белок под названием стероидогенный фактор 1 (SF1), который участвует в регуляции метаболизма. Предыдущее исследование показало, что удаление гена, кодирующего SF1, снижает выносливость мышей.
Команда Бетли наблюдала за активностью нейронов SF1 у мышей, бегавших на беговой дорожке, и обнаружила, что эти клетки действительно активируются во время физической нагрузки. Интересно, что одна группа нейронов SF1 активизировалась только после окончания тренировки. После нескольких тренировок количество нейронов, которые активировались после пробежки, а также степень их активации увеличились.
Когда исследователи изучили срезы мозга мышей, которые в течение трех недель регулярно тренировались, они обнаружили изменения в электрических свойствах нейронов SF1 по сравнению с мышами, которые не тренировались регулярно. Эти изменения указывали на то, что нейроны тренированных мышей стало легче активировать. Кроме того, ученые обнаружили, что регулярные тренировки удваивают количество «возбуждающих» синапсов — связей между нейронами, готовых генерировать электрический сигнал.
Нейроны, отвечающие за выносливость
Наконец, авторы использовали метод оптогенетики — технологию, которая позволяет активировать или подавлять активность генетически модифицированных нейронов с помощью света, — чтобы «выключить» нейроны SF1 у мышей после тренировки. Когда эти нейроны были отключены, мыши не улучшали свои беговые показатели с течением времени и уставали быстрее, чем мыши, у которых нейроны SF1 не были отключены.
Джеффри Зигман (Jeffrey Zigman), врач и ученый, изучающий ось «кишечник — мозг» в Юго-Западном медицинском центре Техасского университета в Далласе, говорит, что, хотя, возможно, существуют и другие области мозга, отвечающие за выносливость при физических нагрузках, статья «действительно подчеркивает важность и, возможно, даже ключевую роль этих конкретных нейронов в обеспечении выносливости», — говорит он.
«Чем больше вы тренируетесь, — добавляет он, — тем больше у вас развивается возбуждающих синапсов и тем выше ваша выносливость».
В одном из любопытных экспериментов, проведенных исследователями, с помощью оптогенетики повышалась активность нейронов SF1 у мышей после физических нагрузок. Это привело к еще большему повышению работоспособности: мыши бегали дальше и быстрее, чем животные, которые прошли ту же тренировку без дополнительной стимуляции.
Бетли говорит, что в будущем ученые смогут выяснить, можно ли стимулировать эти нейроны у людей, чтобы помочь им восстановить мышечную массу после болезни, сохранить мышечную массу с возрастом или даже улучшить спортивные результаты. Но оптогенетика — это инвазивный метод, который в основном используется на лабораторных животных. Так что эти перспективы пока далеки от реальности — пока неясно, как повысить активность нейронов SF1 у людей, говорит Бетли.
«Сейчас людям важно знать, что физические упражнения — это не только разрушение и восстановление мышечной ткани, — добавляет он. — Они меняют весь мозг».
Недавно ученые объяснили, почему ЗОЖ часто делает людей несчастными.