揭示越跑越快、越远的神经机制

现在依稀可以看到某些学校的围墙上刷着标语“每天锻炼1小时，健康工作50年”，号召积极参与体育锻炼。清华大学更是流传着“无体育，不清华”。运动对大脑中枢神经有积极的调节作用，在这个过程中大脑皮层、丘脑、脊髓、基底神经节、脑干、小脑等多个脑区参与其中。 2018年Science杂志上发表文章揭示了运动可以降低阿尔兹海默症小鼠模型淀粉样蛋白斑块的积聚，通过促进大脑神经新生，改善这些小鼠的认知能力。 运动除了能够改善认知能力以外，其实在运动过程中无形的提高了运动技能，比如原来可以慢跑2公里，经过半年训练后可以慢跑10公里，同时速度也可能加快了；原来可以蝶泳10米，经过训练后可以游50米，那么在你们锻炼身体的过程中大脑发生了什么？

2019年5月6日加州大学圣地亚哥分校Nicholas C. Spitzer研究团队在Nature Communications杂志上发表文章揭示了在体育锻炼后大脑神经递质转换后促进运动能力的提升。

研究人员将小鼠放在转轮中奔跑，最开始小鼠奔跑速度慢，时常会停下来，经过7天的轮转（在6分钟内从每分钟5 转加速到每分钟80转）和平衡木训练后小鼠奔跑速度增加，连续奔跑的时间延长；此外小鼠在平衡木上的奔跑速度增加，这些结果表明小鼠的运动技能升高。

这种技能可以维持多久呢？研究人员发现经过1周训练后，间隔2周后小鼠依然保持上述运动技能，但是在间隔第四周后这一技能消失。

研究人员通过免疫荧光c-fos标记技术发现在上述训练过程中海马DG区、中脑的脚桥核(PPN)的神经元激活增多，但是PPN脑区神经元激活的数量几乎是正常状态下的6倍，此外该脑区与运动密切相关。

研究表明PPN接受大脑皮层的传出运动信息，并将这种信号传递给丘脑、脑干和脊髓的运动区，主要参与运动功能，内含有胆碱能、GABA 能和谷氨酸能三种不同的神经元。在解剖学上，PPN分为喙部（rPPN)和尾部（cPPN），喙部主要是 GABA 能神经元，尾部主要是胆碱能、谷氨酸能神经元。

在上述c-fos标记技术中发现训练后cPPN脑区激活的神经元与胆碱能神经元的标记物共标的比例明显高于对照组，而rPPN脑区中的这一比例类似于对照组。然而该脑区表达胆碱能的神经元数量明显减少，但是该脑区既不存在神经元凋亡，也不存在神经元新生，因此很有可能发生了神经递质转换。

为了进一步弄清楚到底神经递质发生了怎样的转换，研究人员向ChAT-Cre胆碱能小鼠的cPPN注射病毒后对胆碱能神经元标记，发现在正常情况下cPPN仅有2%左右的GABA能神经元，29%的GABA能神经元与胆碱能神经元共标，65%的胆碱能神经元；而在经过训练后cPPN存在12%左右的GABA能神经元，31%的GABA能神经元与胆碱能神经元共标，而胆碱能神经元仅为24%。此外，免疫荧光实验发现经过训练谷氨酸能神经元的数量并未发生变化，这表明cPPN脑区存在胆碱能向GABA能的转换。

研究人员通过病毒工具使cPPN脑区的胆碱能表达增加后，即便是经历了一周的跑步训练，小鼠的运动技能也没得到提升；此外抑制cPPN脑区的GABA的表达后小鼠在经历训练后运动技能也并没有得到提升。这就说明小鼠运动技能的提升同时需要胆碱能表达降低，GABA的表达升高。

总的来说，本文解释了一个很有意思的事情：经常锻炼提高运动技能，他们发现在运动过程中大脑cPPN脑区发生了胆碱能向GABA的神经递质转换，促进了运动学习能力。