Физическая активность часто упоминается как средство улучшения физического и психического здоровья. Исследователи из Института Бекмана (Beckman Institute) показали, что упражнения также могут непосредственно улучшать здоровье мозга. Ученые изучали, как химические сигналы, выделяемые мышцами во время физических упражнений, способствуют развитию нейронов, заключают исследователи. Их работа опубликована в научном журнале Neuroscience.
Новизна исследования
Когда мышцы сокращаются во время упражнений, например, бицепсы, работающие над поднятием тяжестей, то выделяют в кровоток различные соединения. Эти соединения могут перемещаться в разные области организма, включая мозг. Исследователей особенно интересовало, как упражнения могут принести пользу определенной области головного мозга, называемой гиппокампом.
«Гиппокамп является важной областью для обучения и памяти и, следовательно, для когнитивного здоровья», — комментирует автор исследования Ки Юн Ли (Ki Yun Lee) из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (University of Illinois Urbana-Champaign).
Таким образом, понимание того, как упражнения приносят пользу гиппокампу, поможет разработать новые методы лечения многих заболеваний, включая болезнь Альцгеймера.
Материалы и методы исследования
Чтобы выделить химические вещества при сокращении мышц и протестировать их на нейронах гиппокампа, исследователи собрали образцы небольших мышечных клеток у мышей и вырастили их в чашках для клеточных культур в лаборатории. Когда мышечные клетки созрели, они начали сокращаться сами по себе, посылая свои химические сигналы в клеточную культуру.
Исследовательская группа добавила культуру, которая теперь содержала химические сигналы от зрелых мышечных клеток, к другой культуре, содержащей нейроны гиппокампа и другие вспомогательные клетки, известные как астроциты.
Используя несколько методик, в том числе иммунофлуоресцентную и кальциевую визуализацию для отслеживания роста клеток и многоэлектродные массивы для регистрации электрической активности нейронов, ученые изучили, как воздействие этих химических сигналов влияет на клетки гиппокампа.
Результаты научной работы
Результаты были поразительными. Воздействие химических сигналов от сокращающихся мышечных клеток заставляло нейроны гиппокампа генерировать более сильные и частые электрические сигналы — признак активного роста и здоровья. В течение нескольких дней нейроны начали запускать эти электрические сигналы более синхронно, что позволяет предположить, что вместе они образуют более зрелую сеть и имитируют организацию нейронов в головном мозге.
Однако у исследователей все еще оставались вопросы о том, как эти химические сигналы приводили к росту и развитию нейронов гиппокампа. Чтобы раскрыть больше путей, связывающих физические упражнения с улучшением здоровья мозга, ученые сосредоточились на роли астроцитов в опосредовании этой связи.
«Астроциты первыми реагируют в головном мозге до того, как соединения из мышц достигают нейронов», — добавляет Ли.
Исследователи обнаружили, что удаление астроцитов из клеточных культур заставляло нейроны запускать еще больше электрических сигналов, предполагая, что без астроцитов нейроны продолжали расти — возможно, до такой степени, что они могли стать неуправляемыми.
«Астроциты играют решающую роль в опосредовании эффектов упражнений», — считает Ли. «Регулируя активность нейронов и предотвращая повышенную возбудимость нейронов, астроциты способствуют балансу, необходимому для оптимальной работы мозга».
Понимание химического пути между сокращением мышц и ростом и регулированием нейронов гиппокампа — это только первый шаг к пониманию того, как упражнения помогают улучшить здоровье мозга.
«В конечном счете, наше исследование может способствовать разработке более эффективных режимов упражнений при когнитивных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера», — заключает Ли.
Статья по теме: Левое и правое полушарие мозга: факты и вымыслы
