《科學》子刊：跑跑更聰明！暨南大學科學家發現運動改善學習記憶的關鍵機制，運動可激活大腦皮層信號通路，促進神經重塑 | 科學大發現

奇點糕有個習慣，寫稿卡殼就會滿地亂走，走個三四五六圈，靈感就來了。

嘿，動動腦子這個詞可謂是非常真實，身體動一動腦子就會通。

那這究竟是奇點糕自己的錯覺，還是真的有科學道理呢？

近日，暨南大學粵港澳中樞神經再生研究院張力副教授、蘇國輝院士課題組聯手在《科學進展》上發文，揭示了運動改善學習記憶能力的分子機制[1]。原來運動會激活腦內的mTOR通路，進一步促進突觸形成，從而改善學習能力~這也是目前首個證實mTOR在學習記憶中重要作用的體內研究。

在這裡就想隔空喊話當年佔用體育課的班主任，我沒考上北大都賴你啊（恨

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不知道大家有沒有運動之後耳清目明的感覺，有很多研究都證實，短期或長期的體育鍛煉能夠改善心理健康和認知功能[2]，試驗中也觀察到志願者相關大腦區域的激活[3]。

至於這又是為什麼，目前廣泛認為，運動能夠增加腦源性神經營養因子（BDNF）的表達[4]，至於更進一步的機制，那就不好說了。考慮到BDNF可能與哺乳動物雷帕黴素靶蛋白（mTOR）有關[5]，而近年來也有一些研究張明外周組織中也存在運動激活mTOR的現象[6]，研究者們自然把目光放到了mTOR上。

mTOR非常重要，管得這~么寬

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於是研究者們給小鼠制定了一個運動計劃，三周里每天讓小鼠在跑步機上運動1小時，然後利用體內成像技術觀察小鼠大腦的變化。

簡單來說，神經元之間以樹突和軸突形成的突觸傳遞消息，此間結構會隨著學習記憶的形成發生動態變化。

與前人的研究一致，小鼠參加運動計劃之後，BDFN表達上調，而且mTOR核心蛋白的磷酸化水平升高，這說明持續的運動激活了mTOR通路。

同時，mTOR-S6途徑也被激活，這可以促進突觸蛋白的合成、增強突觸傳遞[6,7]。果然，電子顯微鏡下再看小鼠的大腦皮層，運動皮層中突觸密度明顯增加了。

白色箭頭處為突觸

當然，數量增加並不能說明質量增加，所以研究者還另外檢測了突觸傳遞強度。研究者選擇了作為運動皮層主要興奮性輸出的L5PRN神經元。

運動之後L5PRN的突觸後電流顯著增強了。

可見運動讓小鼠擁有了更強神經活動。

當研究者給小鼠注射雷帕黴素抑制mTOR通路，縱使天天鍛煉，小鼠的大腦也不會形成更多新突觸，足以說明mTOR通路的重要性。

抑制mTOR（藍）則抵消了運動的益處

進一步研究發現，運動激活mTOR還可以促進少突膠質細胞的成熟，增加軸突髓鞘形成，促進樹突棘的生成，這都是可以改善運動相關學習能力的[8-10]。研究者也在實驗中觀察到，持續鍛煉的小鼠的確表現得更好。

研究者們表示，依據這項研究成果，可以繼續探索精神疾病和認知缺陷等疾病的臨床運動干預，閑著沒事跑兩步說不定真是個「變聰明」的好辦法~

編輯神叨叨

有點想出門鍛煉，但我還是做一條小鹹魚叭

參考資料：

[1] https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaaw1888

[2] Be smart, exercise your heart: Exercise effects on brain and cognition C. H. Hillman, K. I. Erickson, A. F. Kramer Nat. Rev. Neurosci., 9: 58-65, 2008

[3] Changes in fMRI activation in anterior hippocampus and motor cortex during memory retrieval after an intense exercise intervention G. Wagner, M. Herbsleb, F. de la Cruz, A. Schumann, S. K?hler, C. Puta, H. W. Gabriel, J. R. Reichenbach, K.-J. B?r Biol. Psychol., 124: 65-78, 2017

[4] Exercise-enhanced neuroplasticity targeting motor and cognitive circuitry in Parkinson』s disease G. M. Petzinger, B. E. Fisher, S. McEwen, J. A. Beeler, J. P. Walsh, M. W. Jakowec Lancet Neurol., 12: 716-726, 2013

[5] The mechanistic target of rapamycin: The grand conducTOR of metabolism and aging B. K. Kennedy, D. W. Lamming Cell Metab., 23: 990-1003, 2016

[6] Genetic removal of p70 S6 kinase 1 corrects molecular, synaptic, and behavioral phenotypes in fragile X syndrome mice A. Bhattacharya, H. Kaphzan, A. C. Alvarez-Dieppa, J. P. Murphy, P. Pierre, E. Klann Neuron, 76: 325-337, 2012

[7] Motor skill learning depends on protein synthesis in motor cortex after training A. R. Luft, M. M. Buitrago, T. Ringer, J. Dichgans, J. B. Schulz J. Neurosci., 24: 6515-6520, 2004

[8] REM sleep selectively prunes and maintains new synapses in development and learning W. Li, L. Ma, G. Yang, W.-B. Gan Nat. Neurosci., 20: 427-437, 2017

[9] Emergence of reproducible spatiotemporal activity during motor learning A. J. Peters, S. X. Chen, T. Komiyama Nature, 510: 263-267, 2014

[10] Motor skill learning requires active central myelination I. A. McKenzie, D. Ohayon, H. Li, J. P. de Faria, B. Emery, K. Tohyama, W. D. Richardson Science, 346: 318-322, 2014

作者 | 代絲雨

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