關(guān)注視頻號(hào)：丘腦大叔

早上好，我是腦叔，一個(gè)愛聊腦的家伙。

當(dāng)人們想到增強(qiáng)體質(zhì)時(shí)，腦海中浮現(xiàn)的通常是肌肉——比如舉起更重的杠鈴，或者爬樓梯不再氣喘吁吁。然而，最新研究表明，除非大腦先發(fā)生改變，否則這些體能上的進(jìn)步可能根本不會(huì)發(fā)生。

在一項(xiàng)于2月12日發(fā)表在《神經(jīng)元》（Neuron）雜志上的研究中，在跑步機(jī)上訓(xùn)練的小鼠表現(xiàn)出大腦下丘腦腹內(nèi)側(cè)核（VMH）細(xì)胞活動(dòng)的增加。當(dāng)研究人員在運(yùn)動(dòng)后阻斷這些細(xì)胞時(shí)，即便小鼠進(jìn)行了鍛煉，它們的耐力也沒有得到提升。這項(xiàng)研究表明，身體需要依賴來自大腦的信號(hào)才能變得健壯。

給大腦做場(chǎng)“運(yùn)動(dòng)”運(yùn)動(dòng)不僅僅是讓肌肉動(dòng)起來，它還在訓(xùn)練身體產(chǎn)生適應(yīng)性。隨著時(shí)間的推移，力量會(huì)增強(qiáng)，耐力會(huì)提高，調(diào)節(jié)能量的系統(tǒng)也會(huì)變得更加高效。

但賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 J. Nicholas Betley 表示，大腦也會(huì)隨運(yùn)動(dòng)而改變。在轉(zhuǎn)輪或跑步機(jī)上奔跑的小鼠，其海馬體等區(qū)域會(huì)生長(zhǎng)出新的腦細(xì)胞，原有的腦細(xì)胞也會(huì)形成新的連接?！澳沐憻挄r(shí)，肌肉、肺部和心臟都會(huì)變強(qiáng)，而你的大腦也會(huì)隨之變強(qiáng)，這是運(yùn)動(dòng)帶來的必然結(jié)果，”Betley 說。

然而，令 Betley 及其同事感到驚訝的是，大腦在運(yùn)動(dòng)過程中竟然如此活躍?！霸谡麄€(gè)大腦中，尤其是下丘腦，運(yùn)動(dòng)時(shí)的參與度極高，”他說，“這些神經(jīng)活動(dòng)到底在干什么？”

具體來說，大腦深處中心位置的下丘腦腹內(nèi)側(cè)核（VMH）活躍度顯著上升。該區(qū)域因其在代謝和能量消耗中的作用而聞名，控制著體溫、饑餓感和口渴等功能。

由于耐力取決于身體如何管理燃料和體力，Betley 及其同事懷疑 VMH 可能不僅僅是在對(duì)運(yùn)動(dòng)做出反應(yīng)，它還在驅(qū)動(dòng)身體適應(yīng)運(yùn)動(dòng)的能力。

“壯大”大腦

Betley 和同事首先觀察了跑步機(jī)上的小鼠。僅一次運(yùn)動(dòng)后，小鼠 VMH 細(xì)胞中的生長(zhǎng)因子表達(dá)就有所增加，特別是那些表達(dá)SF-1 蛋白的細(xì)胞。這些 SF-1 細(xì)胞負(fù)責(zé)整合來自人體的信號(hào)（如胰島素和瘦素等激素），從而控制身體如何利用能量。

經(jīng)過八天的訓(xùn)練，VMH 招募了更多含有 SF-1 的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元變得比以前更加活躍。SF-1 神經(jīng)元還長(zhǎng)出了額外的“突觸棘”——這是腦細(xì)胞間進(jìn)行通訊的微小結(jié)構(gòu)。Betley 表示，經(jīng)過三周的長(zhǎng)跑訓(xùn)練，小鼠大腦的相關(guān)活動(dòng)量翻了一番。正如小鼠隨著時(shí)間推移能跑得更遠(yuǎn)一樣，VMH 也在被運(yùn)動(dòng)“訓(xùn)練”。

為了驗(yàn)證這些神經(jīng)元究竟只是在響應(yīng)運(yùn)動(dòng)，還是在驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)獲益，研究人員選擇性地“沉默”了 SF-1 細(xì)胞。在沒有這些腦細(xì)胞活動(dòng)的情況下，小鼠雖然也參加了訓(xùn)練，但進(jìn)步卻微乎其微。它們的奔跑距離和速度都無法達(dá)到正常 SF-1 信號(hào)水平的小鼠的標(biāo)準(zhǔn)。

通過一種名為光遺傳學(xué)的技術(shù)（利用光脈沖控制神經(jīng)元），研究人員證明：如果在每次訓(xùn)練課后立即切斷 SF-1 神經(jīng)元的信號(hào)，就會(huì)阻止耐力的提升。相反，增強(qiáng) SF-1 細(xì)胞信號(hào)則產(chǎn)生了積極效果；接受運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練并配合光脈沖刺激的小鼠表現(xiàn)出了更強(qiáng)的耐力。

墨爾本大學(xué)的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)家 Mark Hargreaves 表示，科學(xué)家們?cè)缇椭来竽X對(duì)于激活肌肉、刺激心肺反應(yīng)以及控制能量攝入與輸出至關(guān)重要?！斑@些結(jié)果表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的 VMH SF-1 神經(jīng)元也參與了對(duì)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)過程?！?/p>

這是一個(gè)大腦與身體互利的循環(huán)?！斑@些結(jié)果再次強(qiáng)調(diào)了整合生理學(xué)的美妙，”Hargreaves 說，“所有相關(guān)的器官系統(tǒng)協(xié)同工作，以確保身體對(duì)運(yùn)動(dòng)挑戰(zhàn)做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)?！?/p>

像被追逐一樣奔跑

紐約大學(xué)格羅斯曼醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家 Dayu Lin 認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)揭示了該大腦區(qū)域的新角色。但她提醒，從非人類的角度思考這些結(jié)果也很重要?！靶∈蟛⒉弧∩怼?，”她說，“它們會(huì)自發(fā)地想‘為了身體健康，我要去跑個(gè)輪子’嗎？”

相反，Lin 指出下丘腦的這一區(qū)域也與動(dòng)物對(duì)捕食者的反應(yīng)有關(guān)。她懷疑，運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦的影響可能是因?yàn)閯?dòng)物在奔跑時(shí)的狀態(tài)，類似于它們?cè)跇O端壓力（如躲避捕食）下的表現(xiàn)。

Betley 團(tuán)隊(duì)在非強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的小鼠身上重復(fù)了部分實(shí)驗(yàn)。他們給小鼠的籠子里裝了轉(zhuǎn)輪，但不強(qiáng)迫它們跑步。小鼠跑得興致勃勃，研究結(jié)果同樣顯示：當(dāng)阻斷 SF-1 細(xì)胞時(shí)，它們也無法從增加的活動(dòng)中獲益。

南加州大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 Alan Watts 評(píng)價(jià)道：“這項(xiàng)科學(xué)研究是頂尖的，利用先進(jìn)技術(shù)獲得的結(jié)果非常重要?！钡嵝?，小鼠體型比人類小得多，“作為一個(gè)物種，小鼠在人類能量控制研究中并不是完美的模型?！比祟愂欠褚沧裱瑯拥臋C(jī)制，還需要我們親自站上跑步機(jī)去驗(yàn)證。

Betley 表示，下一步是查明運(yùn)動(dòng)期間下丘腦與身體之間傳遞的信號(hào)到底是什么。耐力背后的分子機(jī)制是什么？揭開這個(gè)謎團(tuán)可能有助于科學(xué)家為無法運(yùn)動(dòng)的人（如中風(fēng)康復(fù)患者）開發(fā)療法，或預(yù)防肌肉萎縮。

不過，Betley 很快補(bǔ)充道，沒有任何藥物可以完全替代運(yùn)動(dòng)本身。他透露，這項(xiàng)研究已經(jīng)改變了他的生活習(xí)慣?！霸谕瓿蓪?shí)驗(yàn)室的這些實(shí)驗(yàn)后，我努力保持每周 300 分鐘（5 小時(shí)）的運(yùn)動(dòng)量，”他說，“在達(dá)到每周 300 分鐘的運(yùn)動(dòng)量后，你會(huì)感覺自己成了一個(gè)完全不同的人?！?/p>

About the author: Bethany Brookshire

參考文獻(xiàn)：

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(25)00989-4

https://www.nationalgeographic.com/health/article/how-the-brain-controls-exercise-gains

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