I en öppnande demonstration av naturens uppfinningsrikedom upptäckte forskare vid Princeton University nyligen att träning skapar livliga nya hjärnceller - och stänger dem sedan av när de inte borde vara i aktion.
Under en tid har forskare som studerar träning undrats av fysisk aktivitets två till synes inkompatibla effekter på hjärnan. Å ena sidan är träning känd för att uppmuntra skapandet av nya och mycket spännande hjärnceller. Samtidigt kan träning inducera ett övergripande mönster av lugn i vissa delar av hjärnan.
De flesta av oss inser förmodligen inte att neuroner föds med vissa predispositioner. Vissa, ofta de yngre, är i sin natur lätt upphetsade. De skjuter med nästan varje provokation, vilket är prisvärt om du vill påskynda tänkande och minnesbildning.
Men den funktionen är mindre önskvärd under tider med vardagens stress. Om en stressor inte innebär ett beslut om liv eller död och kräver omedelbar fysisk handling, kan det vara kontraproduktivt att ånga massor av spännande nervceller på en gång.
Studier på djur har visat att fysisk träning skapar exciterbara nervceller i överflöd, särskilt i hippocampus, en del av hjärnan som är känd för att vara involverad i tänkande och emotionella svar.
Men träning har också visat sig minska ångest hos både människor och djur.
Hur kan en aktivitet samtidigt skapa idealiska neurologiska förhållanden för ångest och lämna utövare med en djupt rotad, undrade Princeton-forskarna?
Så de samlade vuxna möss, injicerade dem ett ämne som markerar nyfödda celler i hjärnan, och under sex veckor, tillät hälften av dem att springa med vilje på små hjul, medan de andra satt tyst i sina burar.
Därefter bestämde forskarna varje grupps nervositet i baslinjen. Med tanke på tillgång till burar med öppna, väl upplysta områden såväl som skuggiga hörn, var de springande mössen mer villiga att försiktigt utforska och tillbringa tid i öppna områden, en indikation på att de var mer självsäkra och mindre oroliga än de stillasittande djuren.
Forskarna kontrollerade också hjärnorna hos några av löparna och de stillasittande möss för att avgöra hur många och vilka sorter av nya neuroner de innehöll.
Som förväntat var löparnas hjärnor känsliga med många nya, spännande nervceller. De stillasittande mössens hjärnor innehöll också liknande, flyktiga nyfödda celler, men inte i sådan överflöd.
Lopparnas hjärnor hade emellertid också ett anmärkningsvärt antal nya neuroner specifikt utformade för att frigöra neurotransmitteren GABA, vilket hämmar hjärnaktivitet, vilket hindrar andra neuroner från att skjuta lätt. I själva verket är det barnbarn neuroner, utformade för att skaka och tyst aktivitet i hjärnan.
I löparnas hjärnor fanns det stora nya populationer av dessa celler i en del av hippocampus, den ventrale regionen, associerad med behandlingen av känslor. (Resten av hippocampus, ryggregionen, är mer involverad i tänkande och minne.)
Vilken roll dessa barnbarn neuroner spelade i djuren hjärnor och efterföljande beteende var inte helt tydlig.
Så forskarna placerade därefter försiktigt de återstående mössen i iskallt vatten i fem minuter. Möss tycker inte om kallt vatten. De tycker att nedsänkning är stressande och ångest-inducerande, även om det inte är livshotande.
Sedan kontrollerade forskarna dessa djur hjärnor. De letade efter markörer, kända som omedelbara tidiga gener, som indikerar att en neuron nyligen har skjutit upp.
De fann dem i överflöd. I både de fysiskt anpassade och de stillasittande mössen hade ett stort antal av de exciterbara cellerna avfyratt som svar på det kalla badet. Känslomässigt hade djuren blivit eldade av stressen.
Men med löparna varade det inte länge. Deras hjärnor, till skillnad från de från stillasittande djur, visade bevis på att de skakande nervcellerna också hade aktiverats i stort antal, släppt GABA, lugnat de spännande nervcellernas aktivitet och förmodligen höll onödiga ångest i avstånd.
I själva verket hade löparnas hjärnor svarat på den relativt lilla stressen i ett kallt bad med en snabb rusa av oro och en samtidigt övergripande lugn.
Vad allt detta antyder, säger Elizabeth Gould, chef för Gould Lab i Princeton, som skrev uppsatsen med sin doktorand Timothy Schoenfeld, nu vid National Institute of Mental Health, och andra, "är att hippocampus av löpare är enormt skiljer sig från det för stillasittande djur. Det finns inte bara fler excitatoriska neuroner och fler excitatoriska synapser, utan de hämmande neuronerna är mer benägna att aktiveras, förmodligen för att dämpa de excitatoriska neuronerna, som svar på stress. ” resultaten publicerades i The Journal of Neuroscience.
Det är viktigt att notera, tillägger hon, att den här studien undersökte långsiktiga träningssvar. Löparens hjul hade varit låsta i 24 timmar innan deras kalla bad, så de skulle inte få någon akut lugnande effekt av träningen. I stället återspeglade skillnaden i stressrespons mellan löpare och stillasittande djur grundläggande ombyggnad av deras hjärnor.
Som vi alla vet är möss naturligtvis inte män eller kvinnor. Men, säger Dr. Gould, andra studier "visar att fysisk träning minskar ångest hos människor", vilket tyder på att liknande ombyggnad sker i hjärnan hos människor som tränar.
"Jag tror att det inte är en enorm sträcka", avslutar hon, "att föreslå att aktiva människors hippocampi kanske är mindre mottagliga för vissa oönskade aspekter av stress än hos stillesittande människor."
;
