Физические нагрузки традиционно воспринимаются как способ укрепления мышц, сердца и легких, но новое исследование, опубликованное в журнале Neuron, доказывает, что важную роль в формировании выносливости играет головной мозг.
Физические упражнения перестраивают мозг, повышая выносливость организма
Нейробиологи из Пенсильванского университета в Филадельфии обнаружили, что физические тренировки трансформируют структуру мозга, делая нейроны более активными. Исследование на мышах показало: регулярные занятия на беговой дорожке укрепляют «проводку» в гипоталамусе, увеличивая число синапсов и облегчая передачу сигналов. Это доказывает, что выносливость зависит не только от мышц, но и от пластичности нервной системы.
Исследование показало, что некоторые нейроны у мышей становятся более активными после нескольких сеансов физических упражнений. SPL
Оптогенетика. В исследовании применялся метод оптогенетики — это технология управления нервными клетками при помощи световых импульсов. Чтобы это стало возможным, в ДНК животных внедряют специальные гены водорослей, которые заставляют нейроны производить светочувствительные белки — опсины. После этого в мозг вживляется тончайшее оптоволокно. Когда лазер включается, белки реагируют на свет, мгновенно активируя или подавляя работу клетки. Это позволяет ученым с филигранной точностью определять роль конкретных групп нейронов в сложном поведении или физиологических процессах, таких как бег.
Ученые сфокусировались на вентромедиальном гипоталамусе — области, отвечающей за аппетит и уровень сахара в крови. В центре внимания оказались нейроны, производящие белок SF1. Наблюдения показали, что после каждой тренировки эти клетки активируются, причем с ростом тренированности их отклик становится сильнее и быстрее. Анализ тканей мозга продемонстрировал сильные изменения: у тренированных подопытных животных количество возбуждающих синапсов — связей между клетками — удвоилось по сравнению с теми, кто вел малоподвижный образ жизни.
Бег меняет мозг.
Соавтор работы Николас Бетли подчеркивает значимость этого открытия для понимания физиологии человека: «Вы отправляетесь на пробежку, ваши легкие расширяются, сердце начинает работать лучше, мышцы крепнут. Происходит масса замечательных вещей, и в следующий раз бежать становится легче. Я не ожидал, что мозг координирует все эти процессы». Таким образом, прогресс в спорте обусловлен не только биохимией мышечных волокон, но и тем, что мозг буквально перепрошивает себя, готовясь к будущим нагрузкам.
Нейроны выносливости
Главный вывод этой работы: бег укрепляет не только тело, но и мозг.
Эксперименты с применением оптогенетики подтвердили исключительную важность SF1-нейронов. Когда исследователи искусственно «отключали» эти клетки после тренировок, мыши переставали прогрессировать и уставали значительно быстрее. И наоборот, дополнительная стимуляция этих нейронов светом позволяла животным бегать дальше и быстрее, чем при обычных условиях.
Это означает, что без специфических изменений в мозге физическая адаптация организма к нагрузкам практически невозможна. Ученые полагают, что в будущем эти знания помогут разработать методы восстановления мышечной массы у пожилых людей или пациентов после тяжелых болезней. Пока же главный вывод для каждого прост: любая тренировка — это не только работа над телом, но и глубокая реконструкция вашего мозга, делающая его более эффективным в управлении ресурсами организма.