Büyüleyici araştırma, egzersizin beyin sağlığını kimyasal sinyallerle nasıl artırdığını ortaya koyuyor

Kas hücrelerinin kasılmasıyla üretilen kimyasal sinyallerin incelenmesi, egzersiz yoluyla beyin sağlığını iyileştirmenin yollarına işaret ediyor.

Beckman’ın araştırmacıları, kasılan kaslardan gelen kimyasal sinyallerin sağlıklı beyinleri nasıl desteklediğini inceledi. Bulguları, bu sinyallerin yeni beyin ağlarının geliştirilmesine ve düzenlenmesine nasıl yardımcı olduğunu ortaya koyarken, aynı zamanda egzersiz yoluyla beyin sağlığını iyileştirmenin yollarına işaret ediyor.

Fiziksel aktivite genellikle fiziksel ve zihinsel sağlığı iyileştirmenin bir yolu olarak belirtilir. Beckman İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, bunun beyin sağlığını daha doğrudan iyileştirebileceğini de göstermiştir. Kas egzersizinden gelen kimyasal sinyallerin beyindeki nöronların büyümesini nasıl desteklediğini incelediler.

Çalışmaları dergide yayınlandı Nöroloji.

Ağır bir ağırlık kaldırmanın pazı gibi egzersiz sırasında kaslar kasıldığında, kan dolaşımına çeşitli bileşikler salarlar. Bu bileşikler, beyin de dahil olmak üzere vücudun farklı bölgelerine gidebilir. Araştırmacılar, egzersizin beynin hipokampus adı verilen belirli bir bölümüne nasıl fayda sağlayabileceğiyle özellikle ilgilendiler.

Ph.D. Ki Yun Lee, “Hipokampus, öğrenme ve hafıza ve dolayısıyla bilişsel sağlık için önemli bir bölgedir” dedi. Illinois Üniversitesi, Urbana-Champaign’de mekanik bilimleri ve mühendislik öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı. Bu nedenle, egzersizin hipokampusa nasıl fayda sağladığını anlamak, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli koşullar için egzersize dayalı terapilere yol açabilir:[{” attribute=””>Alzheimer’s disease.

Hippocampal neurons (yellow) surrounded by astrocytes (green) in a cell culture from the study. Image provided by the authors. Credit: Image provided by the study authors: Taher Saif, Justin Rhodes, and Ki Yun Lee

To isolate the chemicals released by contracting muscles and test them on hippocampal neurons, the researchers collected small muscle cell samples from mice and grew them in cell culture dishes in the lab. When the muscle cells matured, they began to contract on their own, releasing their chemical signals into the cell culture.

The research team added the culture, which now contained the chemical signals from the mature muscle cells, to another culture containing hippocampal neurons and other support cells known as astrocytes. Using several measures, including immunofluorescent and calcium imaging to track cell growth and multi-electrode arrays to record neuronal electrical activity, they examined how exposure to these chemical signals affected the hippocampal cells.

The results were striking. Exposure to the chemical signals from contracting muscle cells caused hippocampal neurons to generate larger and more frequent electrical signals — a sign of robust growth and health. Within a few days, the neurons started firing these electrical signals more synchronously, suggesting that the neurons were forming a more mature network together and mimicking the organization of neurons in the brain.

However, the researchers still had questions about how these chemical signals led to growth and development of hippocampal neurons. To uncover more of the pathway linking exercise to better brain health, they next focused on the role of astrocytes in mediating this relationship.

“Astrocytes are the first responders in the brain before the compounds from muscles reach the neurons,” Lee said. Perhaps, then, they played a role in helping neurons respond to these signals.

The researchers found that removing astrocytes from the cell cultures caused the neurons to fire even more electrical signals, suggesting that without the astrocytes, the neurons continued to grow — perhaps to a point where they might become unmanageable.

“Astrocytes play a critical role in mediating the effects of exercise,” Lee said. “By regulating neuronal activity and preventing hyperexcitability of neurons, astrocytes contribute to the balance necessary for optimal brain function.”

Understanding the chemical pathway between muscle contraction and the growth and regulation of hippocampal neurons is just the first step in understanding how exercise helps improve brain health.

“Ultimately, our research may contribute to the development of more effective exercise regimens for cognitive disorders such as Alzheimer’s disease,” Lee said.

Reference: “Astrocyte-mediated Transduction of Muscle Fiber Contractions Synchronizes Hippocampal Neuronal Network Development” by Ki Yun Lee, Justin S. Rhodes and M. Taher A. Saif, 2 February 2023, Neuroscience.
DOI: 10.1016/j.neuroscience.2023.01.028

In addition to Lee, the team also included Beckman faculty members Justin Rhodes, a professor of psychology; and Taher Saif, a professor of mechanical science and engineering and bioengineering.

Funding: NIH/National Institutes of Health, National Science Foundation