大脑的耐力程序：下丘脑记住运动 - 健康研究

我们通常认为体能提升主要发生在肌肉、肺部和心脏中。然而，一项新的联合研究表明，大脑实际上"编程"了我们的身体耐力。

研究人员发现，下丘脑腹内侧部(VMH)中由一种称为SF1的蛋白质定义的特定神经元群体会跟踪运动并形成过去的活动"记忆"。这些神经元不仅仅是对锻炼做出反应；它们主动指导身体提高其耐力能力。这一发现表明，大脑是将努力转化为身体改善的关键"中间人"。

关键事实

SF1"记忆"：当小鼠进行跑步机训练时，VMH中的SF1产生神经元变得越来越活跃。这种增强的状态充当了运动的神经记忆，推动身体的长期适应。
耐力控制：当这些神经元被阻断时，小鼠即使经过训练也无法提高耐力。相反，人工刺激这些神经元使小鼠能够打破其典型的健身"平台期"。
超越肌肉记忆：虽然我们通常关注心血管或肌肉骨骼的变化，但这项研究表明大脑是告诉身体其余部分进行适应的基本中间环节。
代谢引擎：先前的研究表明，如果没有这些SF1神经元，小鼠就无法获得运动的代谢益处，如燃烧卡路里和抵抗体重增加。
为行动不便者的"锻炼"：研究人员希望这条路径能导致治疗方法，模仿大脑的运动信号，为因受伤或疾病而活动受限的人提供身体活动的益处。

来源：德克萨斯大学西南医学中心(UT Southwestern)

德克萨斯大学西南医学中心的研究人员共同领导的一项研究表明，大脑中一个称为下丘脑腹内侧部(VMH)的部分中的神经元似乎会指导身体在运动后提高耐力。

发表在《神经元》(Neuron)杂志上的这些发现阐明了身体如何适应体力活动，并最终可能导致在运动受限时复制运动训练益处的治疗方法。

（图片说明：大脑本身可以编程耐力能力，作为对训练适应反应的关键中间环节。来源：Neuroscience News）

"大多数人认为身体通过肌肉、心脏、肺部和其他组织适应运动。但我们的研究表明，大脑本身可以编程耐力能力，"德克萨斯大学西南医学中心(UT Southwestern Medical Center)内部医学副教授、下丘脑研究中心(Center for Hypothalamic Research)成员、彼得·奥唐奈小脑研究所(Peter O'Donnell Jr. Brain Institute)研究员凯文·威廉姆斯(Kevin Williams)博士说。威廉姆斯博士与宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)生物学副教授J.尼古拉斯·贝特利(J. Nicholas Betley)博士和杰克逊实验室(The Jackson Laboratory)助理教授埃里克·B·布洛斯(Erik B. Bloss)博士共同领导了这项研究。

研究人员长期以来一直知道大脑会随着运动而变化，促进新神经元的产生，增加神经连接，并减少神经炎症。这些适应通常被认为反映而非产生随运动而来的积极变化，而运动是推荐用于人类健康的领先生活方式干预措施。

然而，威廉姆斯博士解释说，德克萨斯大学西南医学中心(UTSW)和其他地方的先前研究表明，类固醇生成因子-1 (SF1)——VMH中一组神经元产生的蛋白质——是运动许多代谢益处的关键。研究表明，如果没有它，小鼠就无法发展出肌肉适应、抵抗体重增加和增加卡路里燃烧，这些都是来自更高水平的体育活动。

为了更好地了解SF1的作用，威廉姆斯博士和他的同事们与进行了严格运动训练计划的小鼠一起工作。它们每周在微型跑步机上跑五天，每周一次长跑，速度逐渐增加。这种训练显著提高了它们的耐力，在项目进行约三周后达到峰值。

研究人员发现，一些产生SF1的神经元的活动有所增加。随着训练计划的继续，这些神经元变得越来越活跃，似乎形成了过去运动的一种"记忆"。

当在小鼠完成运动计划后阻止这些神经元放电时，它们的耐力能力没有上升。相反，人工增加产生SF1的神经元在运动计划后的放电导致耐力持续改善，即使在三周时，当具有正常SF1神经元放电率的小鼠通常达到平台期时。

威廉姆斯博士说，这些结果一起表明，产生SF1的VMH神经元驱动运动后耐力的改善。他和他的同事们计划研究这些神经元如何感知运动已经发生，以及连接到这个群体的其他神经元在提高耐力方面的作用。

最终，他说，这项研究可能导致在不运动的情况下提高耐力的新方法——对于因疾病、受伤或活动受限而无法增加身体活动能力的人来说，这可能是一个改变游戏规则的方法。

"这项研究更有趣的含义之一是，我们传统上认为运动表现的提高是通过构建肌肉骨骼、心血管和呼吸系统作为对训练的适应反应而发生的，"贝特利博士说。"在这里，我们将大脑确定为这一过程中的关键中间环节。"

对这项研究做出贡献的其他德克萨斯大学西南医学中心研究人员包括：内部医学教授兼研究副主任、下丘脑研究中心主任乔尔·K·埃尔姆奎斯特(Joel K. Elmquist)博士；内部医学副教授、下丘脑研究中心成员藤川铁平(Teppei Fujikawa)博士；内部医学讲师黄恩尚(Eunsang Hwang)博士；以及研究助理凯尔·格罗斯(Kyle Grose)。

资金来源：这项研究得到了宾夕法尼亚大学文理学院；美国国立卫生研究院(P01 DK 119130, R01 AG 079877, R01 DK 119169, R56 DK 135501, F32 DK 131892, 和 F31 DK 131870)；美国国家科学基金会(DGE-1845298 和 DGE-2236662)；韩国国家研究基金会(2021R1A6A3A14044733)；罗德岛机构发展奖生物医学研究卓越网络(NIH P20 GM 103430)；罗德岛基金会(16409_139170)；普罗维登斯学院教务长奖学金；普罗维登斯学院；以及宾夕法尼亚大学的资助。

关键问题解答：

问：这是否意味着"意志战胜物质"实际上是一个真实的生物电路？

答：在某种意义上，是的。这项研究表明，你的"运动意志"被VMH转化为身体变强的物理命令。你的大脑本质上是教练，根据你在跑步过程中收集的数据告诉你的肌肉和心脏升级它们的系统。

问：我们最终能否服用一种激活这些神经元的"健身房药丸"？

答：这是长期目标。对于那些身体上无法移动的人，如瘫痪或重病患者，激活这些特定的SF1神经元可能触发运动的肌肉强化和卡路里燃烧益处，而无需人踏上跑步机。

问：为什么我在健身时会遇到"平台期"，大脑如何解决它？

答：通常，你的大脑和身体达到一个平衡点，认为你对当前的常规已经"足够健康"。研究发现，通过过度刺激这些SF1神经元，他们能够突破那个自然天花板，表明我们的极限通常是由大脑的编程而非我们的身体解剖结构设定的。

编辑注释：