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

多くの人々にとって、運動という概念は、体を動かしたいという欲求と、努力に対する精神的な抵抗との間の戦いです。純粋な喜びのために走る人もいれば、単にしなければならないと感じているためにトレッドミルに乗っているだけの人もおり、後者はしばしば、真に疲れ果てる前に断念してしまうような嫌悪感につながります。科学者たちは、脳には報酬系、つまりある行動が快いものか不快なものかを決定する細胞のネットワークが存在することを古くから知っていましたが、活動が強制され不快なものであるときに、人に停止を命じる正確なメカニズムは謎のままでした。この問いは、身体的健康と神経科学の交差点に位置しており、なぜ脳が時としてゲートキーパー（門番）として機能し、筋肉がまださらに進む能力があるにもかかわらず、動きを遮断してしまうのかを探求しています。

華東師範大学と上海精神衛生センターの研究チームは、このゲートキーパーとして機能すると思われる特定の神経回路を新たに発見しました。マウスを用いたトレッドミル実験を通じて、彼らは、側坐核と呼ばれる脳の深部にある特定の細胞群が、体に停止の信号を送る責任を負っていることを突き止めました。この領域は動機付けや感情を処理することで知られていますが、研究者たちは、領域全体が重要なのではなく、むしろ特定の亜領域と、その中にある特定の種類の細胞が重要であることを発見しました。マウスが強制的に走らされると、これらの細胞は過剰に活動し、動物に諦めるよう効果的に命じる強力な信号を送りました。

この仕組みを理解するために、科学者たちはまず、2週間にわたってトレッドミルでの強制走行を行わせたマウスの脳内で何が起きているのかを見る必要がありました。彼らは、これらのマウスを、動かずに静止したトレッドミルの上に座っていた他のマウスと比較しました。活動中の脳細胞を光らせる技術を用いて観察したところ、強制走行を行ったマウスは、D2型中型スパイニーニューロンと呼ばれる特定のタイプのニューロンにおいて、顕著な活動の増加を示しました。これらの細胞は動機付けのハブである側坐核に存在しますが、研究者たちは極めて重要なことに気づきました。それは、活動がハブ全体で一様に起きているのではなく、コア（核）として知られる小さなセクションに集中していたことです。一方で、隣接するシェル（殻）の部分では変化はほとんど見られませんでした。このことは、コアこそが、脳が強制的な運動による不快さを処理している特定の部位であることを示唆していました。

チームはさらに深く調べ、これらの活動的な細胞がどのように振る舞っているかを確認しました。彼らはマウスの脳組織の微小なスライスを取り出し、コアにあるD2型中型スパイニーニューロンの電気信号を測定しました。その結果、2週間の強制走行の後、これらのニューロンは非常に興奮しやすくなっていることが分かりました。それらは電気的なスパイクをより頻繁に放出し、他の部位からの興奮性信号をより強く受け取っていました。対照的に、シェル領域にある同じタイプのニューロンには、これらの変化は見られませんでした。これは、強制的な運動がコアにある細胞の配線と感受性を物理的に変化させ、活動によるストレスに対してより敏感にさせていることを示しています。

これらの特定の細胞が実際にマウスに走行を停止させているのかどうかを証明するために、研究者たちは繊細な実験を行いました。彼らは化学遺伝学（ケモジェネティクス）という手法を用い、コアにあるこれらのD2型中型スパイニーニューロンの活動を一時的にオフにしました。彼らは、単純な薬物注入によってこれらの細胞をオフにできるウイルスをマウスの脳に注入しました。最大持久力テストの前にマウスに薬物を投与したところ、結果は驚くべきものでした。この「停止信号」をオフにされたマウスは、コントロール群のマウスと比較して、疲労に至るまでの走行距離および走行時間が大幅に長くなりました。この薬はマウスを速くしたり強くしたりしたのではなく、単に彼らに諦めるよう命じていた内部的なブレーキを取り除いただけでした。

研究者たちは、薬物自体や注入プロセスが改善の原因ではないことを確認するために、同様のテストを行いました。無害な注入を受けたマウスに対しても同様のテストを実施しましたが、それらのマウスには走行能力の変化は見られませんでした。これにより、持久力の延長が、コアにおける特定のニューロンを抑制したことに直接起因することが確認されました。この研究は、通常、動物が不快なことを強制されると、側坐核のコアにあるこれらのニューロンが過剰に活動することを示唆しています。これらは中央のブレーキとして機能し、ストレスや快感の欠如を停止の理由として解釈し、身体の過剰な消耗から身を守る一方で、運動の放棄を招くのです。

この発見は、自発的な運動と強制的な運動とでは、脳の扱い方が根本的に異なることを浮き彫りにしています。人間や動物が自ら動くことを選択する場合、脳の報酬系はその行動を促進します。しかし、動きが強制されると、別の経路、具体的には側坐核のコアにあるこれらのD2型中型スパイニーニューロンが関与する経路が優位になります。これらは嫌悪感を停止への指令へと変換するのです。この研究は、人間の運動継続の問題を解決したと主張しているわけでも、人々に走ることを好きにさせる単純な薬があることを示唆しているわけでもありません。しかし、強制的な運動がなぜ持続するのがこれほど困難に感じられるのかについて、明確な生物学的説明を提供しています。それは、持続性を制限する特定の神経メカニズムを特定したものであり、特に健康上の理由から運動を強いられているものの、継続するための内的な動機付けに欠けている人々を支援するための、将来の研究に向けた新たな標的を提示しています。