D2-MSNs in the nucleus accumbens core are the primary factor limiting forced treadmill running

Pour beaucoup, l'idée de l'exercice est une bataille entre le désir du corps de bouger et la résistance de l'esprit face à l'effort. Si certains courent pour le pur plaisir de l'activité, d'autres se retrouvent sur un tapis de course uniquement parce qu'ils sentent qu'ils le doivent, ce qui mène souvent à un sentiment de découragement qui les pousse à abandonner avant d'être véritablement épuisés. Les scientifiques savent depuis longtemps que le cerveau contient un système de récompense, un réseau de cellules qui décide si une action est agréable ou désagréable, mais le mécanisme précis qui ordonne à une personne de s'arrêter lorsque l'activité est forcée et déplaisante est resté un mystère. Cette question se situe à l'intersection de la santé physique et des neurosciences, explorant pourquoi le cerveau agit parfois comme un garde-barrière, bloquant le mouvement même lorsque les muscles sont encore capables de continuer.

Une équipe de chercheurs de l'Université normale de l'Est de la Chine et du Centre de santé mentale de Shanghai a maintenant découvert un circuit neural spécifique qui semble agir comme ce garde-barrière. En étudiant des souris sur un tapis de course, ils ont découvert qu'un groupe particulier de cellules dans une région profonde du cerveau appelée noyau accumbens est responsable du signal d'arrêt du corps. Cette région est connue pour traiter la motivation et l'émotion, mais les chercheurs ont découvert que ce n'est pas toute la zone qui importe, mais plutôt une sous-région spécifique et un type de cellule particulier au sein de celle-ci. Lorsque les souris étaient contraintes de courir, ces cellules devenaient hyperactives, envoyant un signal fort qui disait effectivement à l'animal d'abandonner.

Pour comprendre comment cela fonctionne, les scientifiques ont d'abord dû observer ce qui se passait dans le cerveau des souris contraintes de courir sur un tapis de course pendant deux semaines. Ils ont comparé ces souris à d'autres qui restaient simplement sur un tapis de course stationnaire sans bouger. En utilisant une technique qui illumine les cellules cérébrales actives, ils ont observé que les coureurs forcés présentaient une augmentation significative de l'activité au sein d'un type particulier de neurone appelé neurone spiny moyen D2. Ces cellules se trouvent dans le noyau accumbens, un centre de la motivation, mais les chercheurs ont remarqué quelque chose de crucial : l'activité n'était pas uniforme dans l'ensemble du centre, mais était concentrée dans une petite section appelée le « core » (le noyau), tandis qu'une section voisine appelée le « shell » (l'enveloppe) montrait beaucoup moins de changements. Cela suggère que le noyau était le site spécifique où le cerveau traitait le caractère désagréable de l'exercice forcé.

L'équipe a ensuite approfondi l'étude pour voir comment ces cellules actives se comportaient. Ils ont prélevé de fines coupes de tissu cérébral de souris et mesuré les signaux électriques des neurones spiny moyens D2 dans le noyau. Ils ont découvert qu'après deux semaines de course forcée, ces neurones étaient devenus beaucoup plus excitables. Ils émettaient des pics électriques plus fréquemment et recevaient des signaux excitateurs plus forts provenant d'autres parties du cerveau. En revanche, les mêmes types de neurones dans la section de l'enveloppe ne présentaient pas ces changements. Cela indiquait que l'exercice forcé avait physiquement modifié le câblage et la sensibilité des cellules dans le noyau, les rendant plus sensibles au stress de l'activité.

Pour prouver que ces cellules spécifiques étaient réellement la cause de l'arrêt de la course chez les souris, les chercheurs ont réalisé une expérience délicate. Ils ont utilisé une méthode appelée chimiogénétique pour éteindre temporairement l'activité de ces seuls neurones spiny moyens D2 dans le noyau. Ils ont injecté un virus dans le cerveau des souris permettant de désactiver ces cellules par une simple injection de médicament. Lorsqu'ils ont administré le médicament aux souris avant un test d'endurance maximale, les résultats furent frappants. Les souris dont le « signal d'arrêt » avait été désactivé ont pu courir des distances nettement plus longues et pendant plus de temps avant l'épuisement par rapport aux souris témoins. Le médicament ne les a pas rendues plus rapides ou plus fortes ; il a simplement supprimé le frein interne qui leur disait de s'arrêter.

Les chercheurs ont également vérifié que le médicament lui-même ou le processus d'injection n'était pas la cause de l'amélioration. Ils ont effectué les mêmes tests sur des souris ayant reçu une injection inoffensive, et ces souris n'ont montré aucun changement dans leur capacité de course. Cela a confirmé que l'endurance prolongée était directement due au silence imposé aux neurones spécifiques du noyau. L'étude suggère que, dans des circonstances normales, lorsqu'un animal est contraint de faire quelque chose de désagréable, ces neurones du noyau de l'accumbens deviennent hyperactifs. Ils agissent comme un frein central, interprétant le stress et le manque de plaisir comme une raison de s'arrêter, ce qui protège le corps d'un surmenage mais conduit aussi à l'abandon de l'exercice.

Cette découverte met en évidence une différence fondamentale entre la manière dont le cerveau gère l'exercice volontaire par rapport à l'exercice forcé. Lorsqu'une personne ou un animal choisit de bouger, le système de récompense du cerveau encourage le comportement. Mais quand le mouvement est forcé, une voie différente prend le relais, impliquant spécifiquement ces neurones spiny moyens D2 dans le noyau de l'accumbens. Ils traduisent la sensation d'aversion en une commande d'arrêt. L'étude ne prétend pas avoir résolu le problème de l'adhésion à l'exercice pour les humains, ni suggère une pilule simple pour faire aimer la course aux gens. Cependant, elle fournit une explication biologique claire de la raison pour laquelle l'exercice forcé est si difficile à maintenir. Elle identifie un mécanisme neural spécifique qui limite la persévérance, offrant une nouvelle cible pour les recherches futures sur la manière d'aider les personnes qui luttent pour maintenir une routine d'exercice, particulièrement celles qui y sont contraintes pour des raisons de santé mais qui manquent de motivation interne pour continuer.