Exercice physique et fonction cognitive: les muscles « parlent » au cerveau

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Les chercheurs ont étudié les mécanismes cellulaires à l’origine de l’amélioration de la cognition par l’exercice physique. Ils ont découvert que la contraction des cellules musculaires libère des signaux chimiques qui augmentent la croissance et le déclenchement des neurones. Ils ont également constaté que les cellules de soutien appelées astrocytes empêchent les neurones exposés aux signaux chimiques des cellules musculaires d’émettre des signaux électriques excessifs.

L’exercice physique est essentiel pour préserver la santé physique et mentale. Des études montrent qu’il a un effet positif sur la santé, même s’il est pratiqué plus tard dans la vie. Certains suggèrent que l’exercice améliore la cognition en induisant des changements à long terme dans l’hippocampe, tels que l’augmentation du volume et du taux de formation neuronale. Cependant, la manière dont l’exercice physique modifie l’hippocampe reste inconnue. Mieux comprendre comment l’exercice physique augmente la taille et la fonction de l’hippocampe pourrait permettre aux chercheurs d’élaborer des traitements pour les troubles cognitifs tels que la démence.

Récemment, des chercheurs ont mené une série d’expériences in vitro, dans des cultures cellulaires, pour comprendre comment l’exercice physique modifie les cellules de l’hippocampe. Ils ont constaté que les signaux chimiques provenant de la contraction des cellules musculaires provoquaient la croissance des cellules hippocampiques et l’émission d’un plus grand nombre de signaux électriques. Ils ont également découvert que les cellules de soutien appelées astrocytes régulent la croissance et l’activité des neurones pour un fonctionnement optimal du cerveau. Les implications confirment les conclusions d’autres études, à savoir que l’exercice, y compris les exercices de renforcement musculaire tels que l’entraînement en résistance, peut avoir un impact positif sur les fonctions cérébrales.
L’étude a été publiée dans la revue Neuroscience.

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Comment les muscles peuvent « parler » au cerveau

Pour l’étude, les chercheurs ont isolé de petits échantillons de cellules précurseurs musculaires de souris et les ont cultivés dans des boîtes de Pétri. Une fois parvenues à maturité, elles ont commencé à se contracter et à libérer des signaux chimiques dans la culture cellulaire. L’équipe a ensuite ajouté les produits chimiques contenant la culture de cellules musculaires matures à une autre boîte contenant des neurones hippocampiques et des astrocytes. Ils ont utilisé l’immunofluorescence et l’imagerie calcique pour suivre la croissance des cellules, ainsi que des réseaux multi-électrodes pour enregistrer l’activité neuronale.

Au final, ils ont constaté que l’exposition à des signaux chimiques provenant des cellules musculaires augmentait les quantités de neurones et d’astrocytes de l’hippocampe de 1,4 et 4,4 fois. L’ajout de cultures de cellules musculaires a également accéléré la création de réseaux neuronaux matures dans l’hippocampe, c’est-à-dire de cellules qui émettent des signaux de façon synchronisée. Les chercheurs ont ensuite cherché à explorer l’influence des astrocytes sur le mélange. Pour ce faire, ils ont observé les effets de l’élimination des astrocytes des cultures cellulaires contenant des cellules hippocampiques et des cellules musculaires matures.

Ils ont alors constaté que les neurones émettaient encore plus de signaux électriques, ce qui suggère que les astrocytes peuvent contribuer à modérer et à coordonner les schémas d’activation entre les neurones. Des tests supplémentaires ont permis aux chercheurs de constater que les contractions musculaires étaient nécessaires aux changements observés dans les cultures d’hippocampes. Lorsqu’on empêche les cellules musculaires de se contracter, les cellules hippocampiques ne présentent plus les mêmes niveaux d’excitation neuronale, bien que l’excitation synchrone ne soit pas affectée. Les chercheurs ont noté que cela signifie que les contractions musculaires – ou l’exercice – libèrent des facteurs que les cellules stationnaires ne libèrent pas. Ils concluent que leurs résultats offrent de nouvelles perspectives sur la manière dont l’exercice peut soutenir la fonction hippocampique.

Exercice et risque de démence

Cette hypothèse doit encore être testée dans le cadre d’essais cliniques de grande envergure et que des recherches supplémentaires devraient également porter sur les mécanismes moléculaires sous-jacents.
En attendant, des recherches antérieures montrent que l’exercice physique réduit le risque de démence en:

en augmentant le flux sanguin vers le cerveau
en réduisant l’inflammation
en réduisant le stress
en améliorant le sommeil
en aidant à maintenir un poids corporel sain.

L’exercice aérobique régulier pendant 20 à 30 minutes est une bonne chose : Un exercice aérobique régulier de 20 à 30 minutes par jour, qui peut être réalisé en marchant, en faisant de la marche rapide, en nageant ou en utilisant un vélo d’appartement. Visez une fréquence cardiaque de 70 % de votre fréquence cardiaque maximale. Pour estimer votre fréquence cardiaque maximale en fonction de l’âge, soustrayez votre âge de 220. Il a été démontré que cette pratique permettait de réduire la démence de 30 à 35 %.

Des résultats qui doivent encore être confirmés chez l’homme Il s’agit d’une étude in vitro sur des rongeurs, utilisant des cultures cellulaires. Il faudra d’autres études pour voir si ces résultats sont applicables à l’homme.

Quelles pourraient être les applications futures ?

Les résultats de cette étude apportent une preuve supplémentaire de l’importance de l’exercice physique, à tout moment de la vie, pour favoriser la plasticité de l’hippocampe et lutter contre l’atrophie de l’hippocampe, qui est une caractéristique de la maladie d’Alzheimer. À l’avenir, des études comme celle-ci pourraient jouer un rôle essentiel en nous aidant à optimiser les régimes d’exercice pour soutenir la santé cognitive. De plus, ces résultats pourraient également contribuer à la mise au point de nouveaux traitements des troubles cognitifs.