Bewegung stärkt nicht nur die Muskeln , sondern auch die Nervenzellen. Eine neue Studie , die in Neuron veröffentlicht wurde, zeigt, dass wiederholtes Training auf einem Laufband die neuronalen Verbindungen im Gehirn von Mäusen stärkt und bestimmte Neuronen schneller aktiviert. Außerdem scheint diese "Neuverdrahtung" für die Mäuse unerlässlich zu sein, um ihre Ausdauer allmählich zu verbessern.
Die Forschung unterstreicht die aktive Rolle, die das Gehirn - bei Mäusen und vermutlich auch beim Menschen - bei der Entwicklung von Ausdauer spielt, also der Fähigkeit, die körperliche Leistungsfähigkeit durch wiederholte Bewegung zu verbessern, sagt Nicholas Betley, Neurowissenschaftler an der Universität von Pennsylvania und Mitautor der Studie.
"Beim Laufen dehnt sich die Lunge aus, das Herz pumpt besser, die Muskeln bauen sich ab und wieder auf. All diese wunderbaren Dinge passieren, und beim nächsten Mal ist es noch leichter", sagt Betley. "Ich hatte keine Ahnung, dass das Gehirn all das koordiniert."
Betley und seine Kollegen waren neugierig darauf, was im Gehirn passiert, wenn wir durch Sport stärker werden. Daher beschlossen sie, sich auf den Hypothalamus zu konzentrieren, der den Appetit und den Blutzuckerspiegel reguliert. Das Team konzentrierte sich vor allem auf eine Gruppe von Neuronen, die ein Protein namens steroidogener Faktor 1 (SF1) produzieren, von dem bekannt ist, dass es eine Rolle bei der Regulierung des Stoffwechsels spielt. Frühere Forschungen haben bereits ergeben, dass das Ausschalten des Gens, das für SF1 kodiert, die Ausdauer von Mäusen beeinträchtigt.
Betleys Team beobachtete die Aktivität von SF1-Neuronen bei Mäusen, die auf einem Laufband liefen, und stellte fest, dass diese Zellen tatsächlich durch Bewegung aktiviert werden. Interessanterweise wurde eine Gruppe von SF1-Neuronen jedoch erst aktiv, nachdem die Bewegung beendet war. Und mit zunehmender Bewegung stieg die Zahl der Neuronen, die nach dem Laufen aktiviert wurden, ebenso wie ihr Aktivitätsniveau.
Als die Forscher Hirnschnitte von Mäusen untersuchten, die drei Wochen lang kontinuierlich trainiert hatten, fanden sie Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften der SF1-Neuronen im Vergleich zu Mäusen, die nicht wiederholt trainiert hatten. Diese Veränderungen deuteten darauf hin, dass die Neuronen in den trainierten Mäusen leichter zu aktivieren waren. Es zeigte sich auch, dass sich durch wiederholtes Training die Zahl der Synapsen verdoppelt, die bereit sind, elektrische Signale zu senden.
Schließlich setzten die Autoren Optogenetik ein, um die SF1-Neuronen der Mäuse nach dem Training "auszuschalten", eine Technik, die Licht zur Aktivierung oder Hemmung genetisch veränderter Neuronen einsetzt. Als diese Neuronen ausgeschaltet wurden, verbesserte sich die Laufleistung der Mäuse nicht und sie ermüdeten schneller als Tiere, bei denen die SF1-Neuronen nicht ausgeschaltet wurden.
Jeffrey Zigman, Forschungsarzt an der Universität von Texas, sagte, dass es zwar andere Hirnbereiche geben könnte, die eine Rolle bei der Ausdauer spielen, die Studie aber die Bedeutung dieser Neuronen und vielleicht sogar ihre wesentliche Funktion bei der Vermittlung von Ausdauereffekten bestätigt. "Je mehr Sie trainieren, desto mehr erregende Synapsen entwickeln Sie und desto größer wird Ihre Ausdauer sein", sagt der Experte.
In einem weiteren interessanten Experiment setzten die Forscher die Optogenetik ein, um die Aktivität der SF1-Neuronen bei Mäusen nach dem Training zu erhöhen. Dies führte zu einer noch größeren Leistungssteigerung: Diese Mäuse liefen länger und schneller als Tiere, die das gleiche Training absolviert hatten, aber keine solche Stimulation erhielten.
Betley sagt, dass Experten in Zukunft untersuchen könnten, ob es möglich ist, diese Nervenzellen beim Menschen zu stimulieren, um Muskelmasse, die während der Krankheit des Alterns verloren gegangen ist, wiederzugewinnen oder zu erhalten, oder sogar um die Leistung von Sportlern zu verbessern. Dies wird nicht einfach sein, da die Optogenetik eine sehr invasive Technik ist, die derzeit hauptsächlich bei Labortieren angewendet wird. Diese Aussichten sind also noch sehr futuristisch, und es ist nicht klar, wie man die neuronale Aktivität von SF1 beim Menschen in ähnlicher Weise steigern kann, sagt Betley. "Aber es ist schon gut, dass die Menschen wissen, dass es bei Sport nicht nur um den Abbau und den Aufbau von Muskeln geht, sondern dass er unser ganzes Gehirn verändert", fügt die Forscherin hinzu.
