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

Per molti, l'idea dell'esercizio fisico è una battaglia tra il desiderio del corpo di muoversi e la resistenza della mente allo sforzo. Mentre alcune persone corrono per il puro piacere di farlo, altre si ritrovano su un tapis roulant solo perché sentono di doverlo fare, il che spesso porta a un senso di angoscia che le spinge ad arrendersi prima di essere veramente esauste. Gli scienziati sanno da tempo che il cervello contiene un sistema di ricompensa, una rete di cellule che decide se un'azione sia piacevole o meno, ma il meccanismo preciso che dice a una persona di fermarsi quando l'attività è forzata e spiacevole è rimasto un mistero. Questa questione si colloca all'intersezione tra salute fisica e neuroscienze, esplorando perché il cervello a volte agisca come un guardiano, bloccando il movimento anche quando i muscoli sono ancora capaci di andare oltre.

Un team di ricercatori dell'Università Normale della Cina Orientale e del Centro di Salute Mentale di Shanghai ha ora scoperto un circuito neurale specifico che sembra agire proprio come questo guardiano. Studiando dei topi su un tapis roulant, hanno scoperto che un particolare gruppo di cellule in una regione profonda del cervello chiamata nucleo accumbens è responsabile del segnale che ordina al corpo di fermarsi. Questa regione è nota per elaborare la motivazione e l'emozione, ma i ricercatori hanno scoperto che non è l'intera area a contare, bensì una specifica sottoregione e un tipo specifico di cellula al suo interno. Quando i topi venivano costretti a correre, queste cellule diventavano iperattive, inviando un segnale forte che diceva efficacementamente all'animale di arrendersi.

Per capire come ciò funzioni, gli scienziati hanno prima dovuto osservare cosa stesse accadendo all'interno dei cervelli dei topi che venivano costretti a correre su un tapis roulant per due settimane. Hanno confrontato questi topi con altri che rimanevano semplicemente su un tapis roulant stazionario senza muoversi. Utilizzando una tecnica che illumina le cellule cerebrali attive, hanno osservato che i corridori forzati mostravano un aumento significativo dell'attività all'interno di un tipo particolare di neurone chiamato neurone spinoso D2. Queste cellule si trovano nel nucleo accumbens, un centro per la motivazione, ma i ricercatori hanno notato una cosa cruciale: l'attività non era uniforme in tutto l'hub, ma era concentrata in una piccola sezione nota come "core" (nucleo), mentre una sezione vicina chiamata "shell" (guscio) mostrava cambiamenti molto minori. Ciò suggeriva che il core fosse il sito specifico in cui il cervello elaborava la spiacevolezza dell'esercizio forzato.

Il team ha poi approfondito l'analisi per vedere come si comportassero queste cellule attive. Hanno rimosso minuscole fette di tessuto cerebrale dai topi e misurato i segnali elettrici dei neuroni spinosi D2 nel core. Hanno scoperto che, dopo due settimane di corsa forzata, questi neuroni erano diventati molto più eccitabili. Emettevano picchi elettrici più frequentemente e ricevevano segnali eccitatori più forti da altre parti del cervello. Al contrario, lo stesso tipo di neuroni nella regione della shell non mostrava questi cambiamenti. Ciò indicava che l'esercizio forzato aveva alterato fisicamente il cablaggio e la sensibilità delle cellule nel core, rendendole più sensibili allo stress dell'attività.

Per dimostrare che questi specifici neuroni fossero effettivamente la causa dell'arresto della corsa dei topi, i ricercatori hanno eseguito un esperimento delicato. Hanno utilizzato un metodo chiamato chemogenetica per spegnere temporaneamente l'attività di soli questi neuroni spinosi D2 nel core. Hanno iniettato un virus nei cervelli dei topi che permetteva di disattivare queste cellule con una semplice iniezione di un farmaco. Quando hanno somministrato il farmaco ai topi prima di un test di resistenza massima, i risultati sono stati sorprendenti. I topi il cui "segnale di stop" era stato spento sono stati in grado di correre distanze significativamente maggiori e per un tempo più lungo prima dell'esaurimento rispetto ai topi di controllo. Il farmaco non li aveva resi più veloci o più forti; aveva semplicemente rimosso il freno interno che diceva loro di smettere.

I ricercatori hanno anche verificato per assicurarsi che il farmaco stesso o il processo di iniezione non fossero la causa del miglioramento. Hanno eseguito gli stessi test su topi che avevano ricevuto un'iniezione innocua, e quei topi non hanno mostrato alcun cambiamento nella loro capacità di corsa. Ciò ha confermato che l'estensione della resistenza era direttamente dovuta al silenziamento dei neuroni specifici nel core. Lo studio suggerisce che, in circostanze normali, quando un animale è costretto a fare qualcosa di spiacevole, questi neuroni nel core del nucleo accumbens diventano iperattivi. Essi agiscono come un freno centrale, interpretando lo stress e la mancanza di piacere come un motivo per fermarsi, il che protegge il corpo da un eccessivo sforzo ma porta anche all'abbandono dell'esercizio.

Questa scoperta evidenzia una differenza fondamentale tra il modo in cui il cervello gestisce l'esercizio volontario rispetto all'esercizio forzato. Quando una persona o un animale sceglie di muoversi, il sistema di ricompensa del cervello incoraggia il comportamento. Ma quando il movimento è forzato, prende il sopravvento un percorso diverso, che coinvolge specificamente questi neuroni spinosi D2 nel core del nucleo accumbens. Essi traducono la sensazione di avversione in un comando di arresto. Lo studio non sostiene di aver risolto il problema dell'aderenza all'esercizio per gli esseri umani, né suggerisce l'esistenza di una semplice pillola per far amare la corsa alle persone. Tuttavia, fornisce una chiara spiegazione biologica del perché l'esercizio forzato sembri così difficile da sostenere. Identifica un meccanismo neurale specifico che limita la persistenza, offrendo un nuovo obiettivo per la ricerca futura su come aiutare le persone che faticano a mantenere una routine di esercizio, in particolare coloro che sono costretti a farlo per motivi di salute ma mancano della motivazione interna per continuare.