Lorsque vous terminez une course, vos muscles peuvent avoir l’impression d’avoir fait tout le travail. Mais des chercheurs du Jackson Laboratory (JAX) et de l'Université de Pennsylvanie (UPenn) ont découvert que ce qui se passe dans votre cerveau après une course peut déterminer si vous gagnez en endurance au fil du temps.
Les neurones spécialisés de l'hypothalamus du cerveau entrent en action après une séance d'exercice, a rapporté l'équipe dans Neurone. Sans l’activité de ces neurones, les souris ne parviennent pas à démontrer des gains d’endurance, quelle que soit la force avec laquelle elles sprintent sur un tapis roulant. Et lorsque les chercheurs ont activé artificiellement les neurones après l’exercice, les animaux ont gagné encore plus d’endurance que d’habitude.
L’idée selon laquelle le remodelage musculaire nécessite la production de ces neurones cérébraux est une assez grande surprise. Cela remet vraiment en question la pensée conventionnelle sur le fonctionnement de l’exercice. »
Erik Bloss, professeur agrégé à JAX et co-auteur principal du nouveau travail
Les scientifiques savent depuis longtemps que l’exercice a des effets à long terme sur le cerveau, en stimulant la cognition et en renforçant les connexions entre les neurones. Bloss, en collaboration avec J. Nicholas Betley de l'UPenn, souhaitait connaître les effets plus immédiats de l'exercice sur le cerveau.
Les chercheurs ont suivi l'activité des cellules de l'hypothalamus dans le cerveau des souris pendant et après la course. Cela leur a permis de se concentrer sur un groupe particulier de neurones qui expriment une protéine appelée facteur stéroïdogène 1 (SF1) et deviennent actifs pendant environ une heure après que les souris ont fini de courir.
« Le fait que ces neurones soient les plus actifs après l'exécution était assez intriguant », a déclaré Bloss. « Cela suggère qu'ils jouent un rôle en signalant au corps de démarrer le processus de récupération. »
Au fur et à mesure que les souris s’entraînaient pendant des semaines, de plus en plus de neurones SF1 étaient activés après chaque séance d’exercice. Les expériences menées au JAX ont montré que les connexions entre les neurones SF1 devenaient également plus fortes et plus nombreuses à chaque exécution. Les animaux qui faisaient de l’exercice avaient environ deux fois plus de connexions entre ces neurones que les animaux qui n’en faisaient pas.
Pour tester si ces neurones avaient un impact sur la capacité des animaux à gagner en endurance, les groupes de Bloss et Betley ont utilisé l'optogénétique, une technique qui permet un contrôle précis de neurones spécifiques à l'aide de la lumière. Lorsqu’elles ont éteint les neurones SF1 pendant 15 minutes après chaque séance d’entraînement, les souris ont cessé d’améliorer leur endurance, malgré le même programme de course quotidien rigoureux pendant trois semaines. En utilisant d'autres modes de réduction au silence, les muscles des souris qui faisaient de l'exercice n'ont pas réussi à montrer les changements dans l'expression des gènes qui suivent habituellement l'exercice et qui sont nécessaires pour remodeler le tissu musculaire avec des gains d'endurance.
Dans le même temps, les animaux ont commencé à avoir de moins bons résultats lors des tests volontaires.
« Si vous donnez à une souris normale l'accès à une roue, elle parcourra des kilomètres à la fois », a déclaré Bloss. « Lorsque nous faisons taire ces neurones, ils ne fonctionnent pas du tout. Ils sautent brièvement mais ne peuvent pas le maintenir. »
Dans une expérience complémentaire, l’équipe a stimulé les neurones SF1 pendant une heure après des séances sur tapis roulant. Les souris recevant ce coup de pouce après l'exercice ont montré des gains d'endurance améliorés par rapport aux animaux témoins, parcourant de plus longues distances et atteignant des vitesses maximales plus élevées à la fin de la période d'entraînement.
Les résultats remettent en question l’opinion traditionnelle selon laquelle les bienfaits de l’exercice proviennent uniquement de l’adaptation des muscles au fil du temps. Au lieu de cela, ils suggèrent que le cerveau agit comme un coordinateur principal, orchestrant les changements métaboliques et le remodelage musculaire dans tout le corps. Cette découverte pourrait éventuellement conduire à des stratégies visant à améliorer ou à imiter les effets de l’activité physique ou à aider les gens à développer leur endurance.
« Il existe une possibilité très réelle que nous puissions éventuellement profiter de ce circuit pour renforcer les effets d'un exercice modéré », a déclaré Bloss. « Si nous pouvons imiter ou améliorer les schémas d'exercice dans le cerveau, cela pourrait être particulièrement utile pour les personnes âgées ou les personnes à mobilité réduite qui ne peuvent pas s'engager dans une activité physique intensive mais qui pourraient quand même bénéficier des effets protecteurs de l'exercice sur le cerveau et le corps. »
Parmi les autres auteurs figurent Lauren Lepeak de JAX.
