Meny (Norsk)

OVER: © ISTOCK.COM, GRIVINA

For en time om dagen, fem dager i uken, mus i Hiroshi Maejima er fysiologi lab på Hokkaido University i Sapporo, Japan, traff tredemølle. Forskeren har som mål å ha dyr følg øvelse rutine ikke er å måle deres muskelmasse eller utholdenhet. Han ønsker å vite hvordan trening påvirker hjernen.

Forskere har lenge visst at trening skjerper visse kognitive ferdigheter., Faktisk, Maejima og hans kolleger har funnet at regelmessig fysisk aktivitet bedrer mus ‘ s evne til å skille ut nye objekter fra dem de har sett før. I løpet av de siste 20 årene, har forskere begynt å komme til roten av disse fordelene, med studier som peker på en økning i volum av hippocampus, utvikling av nye nerveceller, og infiltrasjon av blodkar i hjernen. Nå, Maejima og andre er i ferd med å hjem på epigenetisk mekanismer som driver nevrologiske endringer som kom med fysisk aktivitet.,

I oktober, Maejima team rapportert at hjernen til mus som løp hadde større enn normalt histone acetylation i hippocampus, hjernen regionen anses sete for læring og hukommelse.1 epigenetisk merker resulterte i høyere uttrykk av Bdnf, genet for hjernen-avledet neurotrophic factor (BDNF). Ved å støtte vekst og modning av nye nerveceller, BDNF er tenkt å fremme hjernen helse, og høyere nivåer av det korrelerer med forbedret kognitiv ytelse i mus og mennesker.

Med et vell av data om fordelene med å jobbe ut fra fremvoksende dyre-og humane studier, klinikere har begynt forskrivning trening til pasienter med nevrodegenerativ sykdommer som Parkinsons og Alzheimers, samt til personer med andre hjernen lidelser, fra epilepsi til angst. Mange kliniske studier av trening tiltak for nevrodegenerativ sykdom, depresjon, og selv aldring er i gang. Lovende resultater kan styrke bruken av trening som en neurotherapy.,

«Ingen tror trening kommer til å være en magic bullet, sier Kirk Erickson, en kognitiv psykolog ved University of Pittsburgh. «Men det betyr ikke at vi ikke bør gjøre det.,»

kroppen-hjerne-tilkobling

I slutten av 1990-tallet, da-postdoc Henriette van Praag og andre medlemmer av Rustne Gage s lab ved Salk Institute for Biological Studies i La Jolla, California, ble fascinert med nyere funn fra den gruppen som viser at mus som bur hadde leker og kjører hjul utviklet flere nye nerveceller i hippocampus, en hjerne område viktig for læring og hukommelse, enn mus som bor i mindre stimulerende skap.

Se «Lab Leker»

Van Praag ønsket å identifisere hvilke element av anriket miljøer hadde størst innflytelse på hjernen., Hun hadde noen mus lære å svømme i et vann labyrinten, mens andre svømte i åpent vann, kjørte på en kjører hjulet, eller pratet med flere andre mus. Etter 12 dager, utvikling av nye nerveceller var størst i gruppen av mus som løp: de hadde dobbelt antall nye nevroner som mus i labyrinten eller vann.2

I en oppfølgende studie publisert et par måneder senere, van Praag og hennes kolleger viste at neurogenesis utløst ved å kjøre på rattet korrelert med mus evne til å huske plasseringen av en skjult plattform i en tank med vann., Hjernen til musene som løp hadde også større omorganisering av synaptisk forbindelser enn de musene som løp ikke, noe som tyder på trening påvirker plastisitet.3 «hele linjen av forskning på trening og neurogenesis vokste fra det, sier van Praag, som startet å jogge regelmessig etter å se resultater.

i Løpet av de siste to tiårene, og forskere har identifisert mange molekylære mekanismer underliggende utøve innflytelse på erkjennelse., Trening, studier har vist, fører til utslipp av proteiner og andre molekyler fra muskel, fett og lever vev som kan påvirke nivåer av BDNF og andre agenter som anspore neurogenesis, hastighet ny-nevron modning, fremme hjernen vascularization, og til og med øke volum av hippocampus hos mennesker.

Exercise er Virkninger

Fysisk aktivitet øker volumet av hjernens hippocampus og forbedrer læring og hukommelse i mus og mennesker. Mus studier har knyttet til disse effektene til vekst og modning av nye nerveceller., Nå har forskere er i ferd med å løse de molekylære mekanismene som kobler trening til disse kognitive fordeler.

HJERNEN-AVLEDET NEUROTROPHIC FACTOR

Utøve innflytelse nivåer av neurotrophins, proteiner som fremmer spredning av nevroner og støtte deres funksjon. Fysisk aktivitet forbedrer DNA-demetylering i promoter-regionen av Bdnf gen, økt uttrykk av neurogenesis-boosting signaliserer faktor., Videre, histone acetylation ser ut til å løsne chromatin å styrke Bdnf transkripsjon.

BLOD SIGNALER

Trening fører til utskillelse av molekyler av muskel-og fettceller som påvirker nivåene av vekstfaktorer i hjernen, som påvirker form og funksjon av hippocampus av akselererende nye nevron vekst og øke volumet av hjernen regionen.

SPERM

I sperm av mannlige mus som trening, overflod av visse microRNAs forbundet med læring og hukommelse øker., Musene er avkom vise små kognitive fordeler sammenlignet med avkom av stedegne mus.

spørsmålet ble da: Hvordan kan disse faktorene kan endre uttrykket av gener i hjernen? I 2009, hjerneforsker Hans Reul av University of Bristol og kolleger publiserte en av de første studier for å se stort for epigenetisk endringer i respons til trening. Teamet satte rotter gjennom en stressende utfordring, å plassere dem inn i nye bur miljøer eller tvinge dem til å svømme i et beger med vann., Etter stressende opplevelser, dyr som hadde kjørt regelmessig på et hjul hadde høyere nivåer av histone acetylation over genom i cellene i dentate gyrus, en del av hippocampus, der neurogenesis oppstår. Den aktive dyr deretter handlet mindre stresset enn sine mer stillesittende kolleger når reexposed til stressende miljøer. Rotter som utøves brukte mindre tid på å utforske det nye buret eller sliter i vannet, hvor de i stedet ble liggende med hodet over vannet., Funnene tyder på at acetylation indusert av kombinasjon av løping og stress hjalp dyrene bedre takle påfølgende stress.4

Exercise-induced epigenetisk endring «har en bemerkelsesverdig evne til å regulere synaptic og kognitiv plastisitet, sier Fernando Gomez-Pinilla, en hjerneforsker ved Universitetet i California, Los Angeles, som har ledet flere lignende studier.

Siden Reul s studie, minst to dusin andre har rapportert acetylation og andre epigenetisk endringer som link trening til hjernen i gnagere. Moses Chao, en molekylær neurobiologist ved New York University School of Medicine, og kolleger nylig funnet ut at mus som løp ofte på hjul hadde høyere nivåer av BDNF og av en keton som er et biprodukt av fettstoffskiftet utgitt fra leveren. Injisere keton inn i hjernen til musene som ikke går bidro til å hemme histone deacetylases og økt Bdnf uttrykk i hippocampus., Funn viser hvordan molekyler kan reise gjennom blod, krysse blod-hjerne-barrieren, og aktivere eller hemme epigenetisk markører i hjernen.5

Mens noen forskere undersøke epigenetisk forbindelse mellom trening og kognitive evner, andre fortsetter å avdekke tidligere ukjente linker. I 2016, for eksempel van Praag, nå ved Florida Atlantic University Brain Institute, og kolleger fant at et protein som kalles cathepsin B, som utskilles av muskelceller under fysisk aktivitet, var nødvendig for utøvelse å anspore neurogenesis i mus., I vevskulturer av voksen hippocampal nevrale progenitor celler, cathepsin B økt uttrykk av Bdnf og nivåer av sin protein og forbedret uttrykket av et gen som kalles doublecortin (DCX), som blir et protein som er nødvendig for nevrale migrasjon. Cathepsin B knockout-mus hadde ingen endring i neurogenesis følgende øvelse.

Ingen mener trening kommer til å være en magic bullet. Men det betyr ikke at vi ikke bør gjøre det.,

—Kirk Eriksen, University of Pittsburgh

Van Praag team fant også at ikke-menneskelige primater og mennesker som løp på tredemøller hadde forhøyet blod serum nivåer av cathepsin B etter trening. Følgende fire måneder av løping på tredemølle tre dager per uke i 45 minutter eller mer, deltakere trakk mer nøyaktig bilder fra minnet enn ved begynnelsen av studien, før de begynte å trene.,6

En håndfull av forskningsgrupper har nå begynt å møysommelig se etter andre molekyler utgitt under trening som kan øke aktiviteten av Bdnf og andre hjernen-boosting gener, sier van Praag, og det blir klart at det som skjer i kroppen påvirker hjernen. «Vi trenger ikke tenke på at så mye som vi burde.»

Healing handling

Siden 1980-tallet, studier av mennesker har pekt på en sammenheng mellom trening og gevinster i kognitiv ytelse. Å forstå dette forholdet er av særlig betydning for pasienter med nevrologiske sykdommer., Universitetet i Sør-California hjerneforsker Giselle Petzinger har vært i behandling av pasienter med Parkinson ‘ s sykdom i flere tiår og har observert at de som utøver kan øke sin balanse og gange. En slik observasjon antydet at hjernen beholder noen plastisitet etter sykdom symptomer satt i, sier hun, med nevrale forbindelser dannet for å støtte gevinster i motoriske ferdigheter.

for noen år siden, Petzinger og hennes kolleger begynte å studere en mus modell av Parkinson ‘ s sykdom., Teamet fant at aktiv mus hadde mer dopamin-reseptorer i basal knuter, en gruppe av nevronale strukturer viktig for bevegelse, læring og følelser.7 Nivåene av dopamin reseptorer i samsvar med hjernens plastisitet, og dopamin reseptor tap er en av de signatur tegn på Parkinson ‘ s sykdom. Ved hjelp av en dopaminantagonist som en radioaktiv tracer, team fant at pasienter som gikk på en tredemølle tre ganger per uke i åtte uker økte antall dopamin-reseptorer i basal knuter.,8

Betale den frem

så tidlig Som på 1990-tallet, studier begynte å vise indirekte koblinger mellom gravide kvinner er fysisk aktivitet og hjernen deres gestating babyer. For eksempel, en 1996-studien viste at i en alder av fem, barn av mødre som utøves jevnlig under graviditet gjort det bedre på tester av generell intelligens og muntlige språkferdigheter enn barn hvis mødre ikke hadde utøvet mye (J Pediatri, 129:856-63). Og forskning og støtte denne foreningen fortsetter å akkumulere., I 2016, for eksempel, en studie viste at gutter født til fysisk aktive mødre hadde høyere score på matematikk og språk tester enn gutter fra stillesittende moms (J Matern Fosterets Neonatal Med, 29:1414-20).
Forskere har lenge antatt at anstrengelsesutløst endringer til avkom er epigenetisk i naturen, og nyere forskning er i ferd med å støtte denne hypotesen. En gruppe er rapportert i 2015 at tre måneder av fysisk trening endret DNA-metylering mønstre av unge menns sperm., Den tweaks skjedde på gener som er assosiert med schizofreni, Parkinson ‘ s sykdom, og andre hjernen lidelser (Epigenomics, doi: 10.2217/epi.15.29).

Se «Spøkelser i Genom»

for Å undersøke nærmere anstrengelsesutløst endringer i genuttrykk, Anthony Hannan av Florey Institutt for Nevrovitenskap og Psykisk Helse i Victoria, Australia, og kolleger studerte sæd fra mus som løp på hjul eller utført andre fysiske aktiviteter. Laget viste at trening ansporet endringer i uttrykket nivåer av flere små RNAs i germline celler av mannlige mus., Det er kjent at små RNAs pakket inn i kjønnsceller kan påvirke metabolismen av avkom, og muligens også læring og hukommelse. Mannlige mus født til fedre med disse endringene i sin sperm hadde redusert angst nivåer, ledende forfattere til å konkludere med at foreldrenes trening kan utøve en transgenerational effekt på avkom emosjonelle helse (Transl Psychiat, 7:e1114, 2017).,
Tidligere i år, André Fischer, en eksperimentell neuropathologist på den tyske Senter for Nevrodegenerativ Sykdommer i Göttingen, og hans kolleger publiserte en av de mest overbevisende studier som viser at nytten av et beriket miljø på hjernen kan være bestått epigenetically fra foreldre til avkom. Teamet satte voksen hann mus i bur med å kjøre hjul og andre leker, mens et sett av sine fettere bor i bur uten hjul eller leker., Synaptic tilkoblinger økt i mus i beriket miljøer, og laget så også økt forbindelser i hjernen til den aktive mus ‘ s avkom—både menn og kvinner. Avkom lært litt raskere og hadde litt bedre hukommelse husker enn mus med foreldre oppdratt i tradisjonelle bur, men forskjellene var ikke statistisk signifikante (Celle-Rep, 23:P546–54, 2018)., Analyse av sæd fra den overordnede mus, Fischer og hans kolleger identifisert to microRNAs—miR212 og miR132, både knyttet til den nevron utvikling—som så ut til å påvirke kognitive evner av den aktive mus ‘ s avkom.

Det er ennå ikke klart om disse funnene er oversettbare til mennesker, men Fischer og hans kolleger skriver i sin studie at resultatene kan være viktig for reproduktiv medisin. «Ideen om at . . . opplæring i voksen alder gir kognitiv fordel ikke bare for den enkelte under denne prosedyren, men også til sine avkom er fascinerende.,»

Petzinger mus studier har også avdekket andre mulige mekanismer for trening er fordeler for Parkinson-pasienter, inkludert vedlikehold av dendrittiske pigger, den lille prognoser som branch off av nerve celler for å motta elektrisk input fra andre nevroner i nærheten, og av synapser langs disse pigger.,9 Disse effektene synes å endre synaptic tilkobling innenfor musene er hjernen og endre dyrenes progresjon av sykdommen, sier Petzinger, som bare er å pakke opp en prøve på å bruke øvelsen for å målrette kognitiv svikt ved Parkinsons sykdom.

Resept trening kan også være gunstig for Alzheimers pasienter eller personer med risiko for å utvikle sykdommen. Flere studier viser at fysisk aktivitet kan motvirke forhøyet risiko for å utvikle sykdommen blant personer som bærer APOE-ε4-allelet—den vanligste gen-varianten forbundet med sen debut av sykdommen., Og mer-nyere studier tyder på trening kan bekjempe hjernen forringelse forbundet med sykdommen.

å Studere trening effekt på nervesystemet kan hjelpe forskere med å identifisere beste og mest effektive strategien for å opprettholde hjernens helse som vi alder.,

—Giselle Petzinger, University of Southern California

I 2018, van Praag, sammen med forskere fra Harvard Medical School, MIT, Massachusetts General Hospital, Dana-Farber Cancer Institute, og Salk Institute, publisert en mus studie som fant at verken en neuroprotective stoffet eller et gen terapi for å overprodusere WNT3, et protein som har vært knyttet til neurogenesis, reversert tegn på demens. Likevel, når musene fikk lov til å trene, deres kognitive funksjoner er forbedret., Når teamet kombinert neuroprotective stoffet med behandlinger for å overexpress den Bdnf-genet i hjernen til musene som ikke trene, forbedringer i sine kognitiv ytelse matchet de musene som ble gitt tilgang til en løpende hjulet.10 arbeidet, van Praag sier, kan gi muligheter mot behandling av pasienter med nevrodegenerativ sykdommer som er for skrøpelige til å trene.

Se «Trening er Fordeler til Demens Kan Gjøres Kjemisk»

resultatet tilbyr også støtte for 58 kliniske studier som nå blir gjort på trening, erkjennelse, og Alzheimers sykdom., Det er nesten 100 pågående studier, inkludert Petzinger er, undersøker utøve sin rolle i lettelser Parkinson-symptomer, og hundrevis av flere ser på øvelsen som en intervensjon mot depresjon. Noen forskere er selv å teste effekten av trening på aldring.

«En aktiv livsstil er ikke kommer til å snu en 70-år gamle hjernen til en 30-år gammel hjernen,» sier Petzinger. «Men studerer trening effekt på nervesystemet kan hjelpe forskere med å identifisere beste og mest effektive strategi—enten det er aktivitet alene eller aktivitet sammen med medikamenter—for å opprettholde hjernens helse som vi alder.,»

1. H. Maejima et al., «Trening og lav-nivå GABAA-reseptor hemming modulere locomotor aktivitet og uttrykk av BDNF ledsaget av endringer i epigenetisk regulering i hippocampus,» Neurosci Lett, 685:18-23, 2018.
2. H. van Praag et al., «Kjører øker celleproliferasjon og neurogenesis i voksen mus dentate gyrus,» Nat Neurosci, 2:266-70, 1999.
3. H. van Praag et al., «Kjører forbedrer neurogenesis, læring og long-term potentiation i mus,» PNAS, 96:13427-31, 1999.
4. A. Collins et al.,, «Trening forbedrer kognitive responser til psykologisk stress gjennom forbedring av epigenetisk mekanismer og genuttrykk i dentate gyrus,» PLOS ONE, 4:e4330, 2009.
5. S. F. Sleiman et al., «Øvelse fremmer uttrykk for hjernen avledet neurotrophic factor (BDNF) gjennom handlingen av keton kroppen β-hydroxybutyrate,» liv, 5:e15092, 2016.
6. H. Y. Moon et al., «Kjøre-indusert systemisk cathepsin B sekresjon er forbundet med minnefunksjon,» Celle Metab, 24:332-40, 2016.
7. B. E. Fisher et al.,, «Exercise-induced atferdsmessige utvinning og neuroplasticity i 1-metyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine–lesioned musen basal knuter,» J Nevro Res, 77:378-90, 2004.
8. B. E. Fisher et al., «Tredemølle trening løfter striatale banene dopamin D2 reseptor binding potensial hos pasienter med tidlig Parkinson’ s sykdom,» NeuroReport, 24:509-14, 2013.
9. W. A. Leketøy et al.,, «Tredemølle trening reverserer dendrittiske ryggraden tap i direkte og indirekte striatale banene middels spiny nevroner i 1-metyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) mus modell av Parkinson’ s sykdom,» Neurobiol Dis, 63:201-09, 2014.
10. S. H. Choi et al., «Kombinert voksen neurogenesis og BDNF etterligne trening effekter på kognisjon i en Alzheimers mus modell,» Vitenskap, 361:eaan8821, 2018.