Ricerche

Un gruppo di neuroni del mesencefalo che esprimono l'acetilcolina (blu) sono podotti per esprimere un altro tipo di neurotrasmettitore, il glutammato (giallo).

I medici hanno impresso inesorabilmente su di noi i numerosi vantaggi dell'esercizio. Energia, umore, sonno e capacità motorie migliorano con un normale regime di forma fisica che include attività come la corsa. Questo è diventato di particolare interesse nel tempo della pandemia COVID-19.

Ma cosa succede nel cervello durante questi stati migliorati di salute? I cambiamenti neurologici sottostanti che aprono la porta a questi benefici erano finora poco chiari.

Ora, Hui-Quan Li (assistente scienziato di progetto) e Nick Spitzer (professore) della University of California di San Diego, hanno identificato le principali modifiche neurologiche provocate da un esercizio fisico prolungato. Confrontando il cervello dei topi che si sono esercitati con quelli che non l'hanno fatto, Li e Spitzer hanno scoperto che dei neuroni specifici hanno commutato i loro segnali chimici, chiamati neurotrasmettitori, a seguito dell'esercizio, portando ad una migliore acquisizione delle abilità motorie.

“Questo studio fornisce nuovi indizi su come si diventa bravi in cose che richiedono abilità motorie e fornisce informazioni su come queste abilità sono realmente apprese”, ha detto Spitzer, cattedra di Scienze Biologiche di Neurobiologia e direttore del Kavli Institute for Brain and Mind. I risultati dello studio sono pubblicati dal ​​4 maggio su Nature Communications.

Il laboratorio di Spitzer ha scoperto la commutazione dei neurotrasmettitori nel cervello dei mammiferi adulti ed ha condotto una ricerca innovativa sulla capacità dei neuroni di cambiare l'identità dei loro trasmettitori in risposta a stimoli sostenuti, portando in genere a cambiamenti nel comportamento.

Dopo aver fatto ricerche che hanno descritto la commutazione dei neurotrasmettitori nella depressione, Spitzer ed i suoi colleghi hanno cominciato a rivolgere la loro attenzione al coinvolgimento di tale scambio nelle condizioni sane. Li dice che i risultati sottolineano l'importanza dell'esercizio, anche a casa durante l'attuale situazione di quarantena pandemica.

“Questo studio dimostra che la maggiore elasticità fa bene al cervello”, ha detto Li. “Per le persone che desiderano migliorare le capacità motorie, può essere utile fare qualche esercizio per promuovere questa forma di plasticità a beneficio del cervello. Ad esempio, se speri di imparare e goderti sport impegnativi come il surf o l'arrampicata su roccia quando non sarai più bloccato in casa, può essere un bene correre regolarmente su un tapis roulant o mantenere una pratica di yoga a casa adesso“.

Nel nuovo studio, Li e Spitzer hanno confrontato topi che hanno completato un'intera settimana di esercizio fisico sul cilindro rotante, con topi che non l'hanno fatto. Hanno scoperto che il gruppo che si è esercitato ha acquisito diverse capacità motorie impegnative, come stare su un'asta rotante o attraversare più rapidamente un'asse di equilibrio, rispetto al gruppo non esercitato.

Quando è stato esaminato il cervello dei topi che hanno corso, hanno scoperto che un gruppo di neuroni nella regione del cervello chiamata 'nucleo caudale pedunculopontino' (cPPN), che regola la coordinazione motoria, ha commutato i neurotrasmettitori da acetilcolina a GABA.

Per confermare i risultati, i ricercatori hanno usato strumenti molecolari per bloccare lo scambio del trasmettitore appena identificato derivante dall'esercizio fisico. Essi hanno scoperto che dopo questo intervento i topi non hanno avuto l'enfatizzazione dell'apprendimento di abilità motorie.

Sulla base di questi risultati, i ricercatori propongono un nuovo modello in cui la conversione di neuroni eccitatori colinergici del cPPN in neuroni GABAergici inibitori fornisce il controllo di ritorno che regola la coordinazione motoria e l'apprendimento delle abilità.

I ricercatori dicono che la scoperta potrebbe portare a ulteriori conseguenze per cui la commutazione dei neurotrasmettitori porta a cambiamenti fondamentali nell'abilità motoria. I ricercatori dicono che vorrebbero testare delle idee, come ad esempio se si possono commutare deliberatamente i neurotrasmettitori anche senza esercizio fisico. Hanno inoltre in programma di studiare se l'esercizio innesca benefici simili nell'apprendimento di abilità motorie nei pazienti con disturbi neurologici.

“Noi crediamo che la commutazione dei neurotrasmettitori fornisca la base per cui l'esercizio sostenuto avvantaggia l'apprendimento delle abilità motorie, presentando un bersaglio per il trattamento clinico dei disturbi del movimento”, concludono gli autori nella ricerca.

Dice Spitzer: “La comprensione di questo meccanismo ci dà la possibilità di manipolarlo e di sfruttarlo per altri obiettivi benefici. Nell'individuo ferito o malato, potrebbe essere un modo per cambiare la situazione ... per dare al sistema nervoso un ulteriore impulso“.