跑跑更聪明!科学家发现运动改善学习记忆的关键机制

原标题:跑跑更聪明!科学家发现运动改善学习记忆的关键机制

奇点糕有个习惯,写稿卡壳就会满地乱走,走个三四五六圈,灵感就来了。

嘿,动动脑子这个词可谓是非常真实,身体动一动脑子就会通。

那这究竟是奇点糕自己的错觉,还是真的有科学道理呢?

近日,暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院张力副教授、苏国辉院士课题组联手在《科学进展》上发文,揭示了运动改善学习记忆能力的分子机制[1]。原来运动会激活脑内的mTOR通路,进一步促进突触形成,从而改善学习能力~这也是目前首个证实mTOR在学习记忆中重要作用的体内研究。

在这里就想隔空喊话当年占用体育课的班主任,我没考上北大都赖你啊。

不知道大家有没有运动之后耳清目明的感觉,有很多研究都证实,短期或长期的体育锻炼能够改善心理健康和认知功能[2],试验中也观察到志愿者相关大脑区域的激活[3]。

至于这又是为什么,目前广泛认为,运动能够增加脑源性神经营养因子(BDNF)的表达[4],至于更进一步的机制,那就不好说了。考虑到BDNF可能与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)有关[5],而近年来也有一些研究张明外周组织中也存在运动激活mTOR的现象[6],研究者们自然把目光放到了mTOR上。

于是研究者们给小鼠制定了一个运动计划,三周里每天让小鼠在跑步机上运动1小时,然后利用体内成像技术观察小鼠大脑的变化。

简单来说,神经元之间以树突和轴突形成的突触传递消息,此间结构会随着学习记忆的形成发生动态变化。

与前人的研究一致,小鼠参加运动计划之后,BDFN表达上调,而且mTOR核心蛋白的磷酸化水平升高,这说明持续的运动激活了mTOR通路。

同时,mTOR-S6途径也被激活,这可以促进突触蛋白的合成、增强突触传递[6,7]。果然,电子显微镜下再看小鼠的大脑皮层,运动皮层中突触密度明显增加了。

当然,数量增加并不能说明质量增加,所以研究者还另外检测了突触传递强度。研究者选择了作为运动皮层主要兴奋性输出的L5PRN神经元。

运动之后L5PRN的突触后电流显著增强了。

可见运动让小鼠拥有了更强神经活动。

当研究者给小鼠注射雷帕霉素抑制mTOR通路,纵使天天锻炼,小鼠的大脑也不会形成更多新突触,足以说明mTOR通路的重要性。

进一步研究发现,运动激活mTOR还可以促进少突胶质细胞的成熟,增加轴突髓鞘形成,促进树突棘的生成,这都是可以改善运动相关学习能力的[8-10]。研究者也在实验中观察到,持续锻炼的小鼠的确表现得更好。

研究者们表示,依据这项研究成果,可以继续探索精神疾病和认知缺陷等疾病的临床运动干预,闲着没事跑两步说不定真是个“变聪明”的好办法。

参考资料:

[1]https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaaw1888

[2]Besmart,exerciseyourheart:ExerciseeffectsonbrainandcognitionC.H.Hillman,K.I.Erickson,A.F.KramerNat.Rev.Neurosci.,9:58-65,2008

[3]ChangesinfMRIactivationinanteriorhippocampusandmotorcortexduringmemoryretrievalafteranintenseexerciseinterventionG.Wagner,M.Herbsleb,F.delaCruz,A.Schumann,S.K?hler,C.Puta,H.W.Gabriel,J.R.Reichenbach,K.-J.B?rBiol.Psychol.,124:65-78,2017

[4]Exercise-enhancedneuroplasticitytargetingmotorandcognitivecircuitryinParkinson’sdiseaseG.M.Petzinger,B.E.Fisher,S.McEwen,J.A.Beeler,J.P.Walsh,M.W.JakowecLancetNeurol.,12:716-726,2013

[5]Themechanistictargetofrapamycin:ThegrandconducTORofmetabolismandagingB.K.Kennedy,D.W.LammingCellMetab.,23:990-1003,2016

[6]Geneticremovalofp70S6kinase1correctsmolecular,synaptic,andbehavioralphenotypesinfragileXsyndromemiceA.Bhattacharya,H.Kaphzan,A.C.Alvarez-Dieppa,J.P.Murphy,P.Pierre,E.KlannNeuron,76:325-337,2012

[7]MotorskilllearningdependsonproteinsynthesisinmotorcortexaftertrainingA.R.Luft,M.M.Buitrago,T.Ringer,J.Dichgans,J.B.SchulzJ.Neurosci.,24:6515-6520,2004

[8]REMsleepselectivelyprunesandmaintainsnewsynapsesindevelopmentandlearningW.Li,L.Ma,G.Yang,W.-B.GanNat.Neurosci.,20:427-437,2017

[9]EmergenceofreproduciblespatiotemporalactivityduringmotorlearningA.J.Peters,S.X.Chen,T.KomiyamaNature,510:263-267,2014

[10]MotorskilllearningrequiresactivecentralmyelinationI.A.McKenzie,D.Ohayon,H.Li,J.P.deFaria,B.Emery,K.Tohyama,W.D.RichardsonScience,346:318-322,2014返回搜狐,查看更多

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