运动通过化学信号促进大脑健康

概括： 研究人员报告说，运动过程中肌肉释放的化学信号会促进大脑神经元的发育。

来源： 贝克曼研究所

身体活动经常被认为是改善身心健康的一种方式。 贝克曼高级科学技术研究所的研究人员表明，它还可以更直接地改善大脑健康。

他们研究了肌肉运动产生的化学信号如何促进大脑神经元的生长。

他们的作品出现在期刊上 神经病学.

当肌肉在运动过程中收缩时，例如举重时的二头肌，它们会向血液中释放多种化合物。 这些化合物可以传播到身体的不同部位，包括大脑。 研究人员特别感兴趣的是运动如何有益于称为海马体的大脑特定部分。

“海马体是学习和记忆的重要区域，因此也是认知健康的重要区域，”Ki Yun Lee 博士说。 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械科学与工程专业的学生，​​也是该研究的主要作者。 因此，了解运动如何有益于海马体可能会导致针对包括阿尔茨海默氏病在内的多种疾病的运动疗法。

为了分离肌肉收缩产生的化学物质并在海马体的神经元上测试它们，研究人员从小鼠身上收集了少量肌肉细胞样本，并在实验室的细胞培养皿中进行培养。 随着肌肉细胞的成熟，它们开始自行收缩，将化学信号发射到细胞培养物中。

研究小组将现在含有来自成熟肌肉细胞的化学信号的培养物添加到另一种含有海马神经元和其他支持细胞（称为星形胶质细胞）的培养物中。

他们使用多种方法，包括免疫组织化学和钙成像来追踪细胞生长，以及多电极阵列来记录神经元的电活动，研究了这些化学信号对海马细胞的影响。

结果是惊人的。 接触来自收缩肌肉细胞的化学信号会导致海马体中的神经元产生更大、更频繁的电信号——这是强健生长和健康的标志。 几天之内，神经元开始更同步地发射这些电信号，表明神经元正在一起形成一个更成熟的网络，并模仿大脑中神经元的组织。

然而，研究人员仍然对这些化学信号如何触发海马体神经元的生长和发育存在疑问。 为了揭示更多将运动与更好的大脑健康联系起来的途径，他们接下来关注星形胶质细胞在调节这种关系中的作用。

“在肌肉中的化合物到达神经细胞之前，星形胶质细胞是大脑中的第一反应者，”他告诉我。 那么，也许它们在帮助神经元响应这些信号方面发挥了作用。

研究人员发现，从细胞培养物中去除星形胶质细胞会导致神经元发射更多电信号，这表明没有星形胶质细胞，神经元会继续生长——可能会发展到无法控制的程度。

“星形胶质细胞在调节运动效果方面发挥着关键作用，”李告诉我。 “通过调节神经元活动和防止神经元过度兴奋，星形胶质细胞有助于实现最佳大脑功能所必需的稳态。”

了解肌肉收缩与海马体神经元生长和调节之间的化学通路只是了解运动如何帮助改善大脑健康的第一步。

“最终，我们的研究可能有助于开发更有效的认知障碍运动方案，如阿尔茨海默病，”李说。

除了李之外，该团队还包括贝克曼教员、心理学教授贾斯汀·罗兹 (Justin Rhodes)。 和机械科学与工程教授 Taher Saif。

关于这个神经科学和运动研究新闻

作者： 迈林莱
来源： 贝克曼研究所
沟通： Mylene Lay – 贝克曼研究所
图片： 该图像属于公共领域

原始搜索： 封闭访问。
“星形胶质细胞介导的肌纤维收缩转导同步海马神经元网络发育由 Ki-yeon Lee 等人撰写。 神经病学

总结

星形胶质细胞介导的肌纤维收缩转导同步海马神经元网络发育

锻炼在一定程度上通过增强海马体的功能来支持大脑健康。 主要假设是肌肉在收缩时释放因子（例如，乳酸、肌细胞因子、生长因子），这些因子进入循环并到达大脑，在那里它们促进可塑性（例如，增加神经发生和突触形成）。 然而，目前尚不清楚海马细胞如何转导肌肉信号以调节网络活动和突触发育。

所以，我们设立了 在实验室 将来自收缩原代肌肉细胞 (CM) 的介质应用于在微电极阵列上开发原代海马细胞培养物的模型。

我们发现，当暴露于 CM 时，海马体中的神经网络成熟得更快（如突触发育和同步神经元活动所证明），而不是暴露于正常媒体 (RM)。

这与星形胶质细胞和神经元的增殖分别增加 4.4 倍和 1.4 倍有关。 此外，星形胶质细胞释放的因子已在实验中得到证实，可防止由生肌介质诱导的神经元过度兴奋，并促进网络发育。

这些发现为运动如何通过调节星形胶质细胞增殖和随后驯服集成网络中的神经活动来支持海马体功能提供了新的见解。