Pour gagner en force, votre cerveau compterait davantage que vos muscles

On associe souvent le fait de devenir plus fort à la masse musculaire : soulever des poids plus lourds ou monter des escaliers sans être à bout de souffle. Mais une recherche récente suggère qu'on ne peut atteindre ces objectifs si le cerveau n'est pas « prêt ». 

Selon une étude publiée le 12 février dans la revue scientifique Neuron, des souris entraînées sur des tapis de course ont présenté une augmentation d'activité dans des cellules cérébrales de l'hypothalamus ventro-médian. Quand ces cellules étaient bloquées après leur activité physique, l'endurance des souris n'était pas améliorée. La recherche suggère que le corps se base sur des signaux du cerveau pour améliorer sa condition physique. 

DU SPORT POUR LE CERVEAU 

L'activité physique ne permet pas uniquement le mouvement des muscles, elle entraîne le corps à s'adapter. Avec le temps, la force se développe, l'endurance s'améliore et les systèmes qui régulent l'énergie deviennent plus efficaces. 

Le cerveau change lui aussi grâce à l'activité physique, affirme J. Nicholas Betley, neuroscientifique à l'université de Pennsylvanie (Penn) à Philadelphie. Les souris qui courent dans des roues ou sur des tapis de course construisent de nouvelles cellules cérébrales dans des régions telles que l'hippocampe, et leurs cellules cérébrales construisent de nouvelles connexions. « Vous faites du sport, vos muscles deviennent plus forts, vos poumons deviennent plus forts, votre cœur devient plus fort et votre cerveau devient plus fort et tout ça, c'est la conséquence du sport » affirme J. Nicholas Betley. 

Mais ce qui a frappé J. Nicholas Betley et ses collègues, c'est à quel point le cerveau est actif pendant l'activité physique elle-même. « Dans le cerveau entier et particulièrement dans l'hypothalamus, il y a une mobilisation énorme » pendant une séance de sport, révèle-t-il. « Qu'est-ce que toute cette activité neuronale peut bien faire ? »

Une augmentation de l'activité cérébrale, en particulier dans l'hypothalamus ventro-médian (HVM), une région enfouie au milieu du cerveau, a été observée. Cette région est surtout connue pour son rôle dans le métabolisme et l'utilisation de l'énergie, contrôlant des fonctions telles que la température corporelle, la faim et la soif. 

L'endurance dépend de la façon dont le corps gère l'énergie et l'effort. J. Nicholas Betley et ses collègues soupçonnaient que l'hypothalamus ventro-médian ne faisait pas que répondre à l'activité physique, mais qu'il contribuait également à la capacité du corps à s'y adapter. 

MUSCLER SON CERVEAU

J. Nicholas Betley et ses collègues ont d'abord observé des souris sur des tapis de course. Après une seule session d'activité physique, les souris ont présenté une augmentation des facteurs de croissance dans leurs cellules de l'hypothalamus ventro-médian, particulièrement de celles exprimant la protéine SF-1. Ces dernières participent à réunir les signaux du corps, des hormones telles que l'insuline et la leptine, contrôlant la façon dont le corps utilise l'énergie. 

Après huit jours d'activité physique, l'hypothalamus ventro-médian a obtenu plus de neurones exprimant la protéine SF-1 qui étaient devenus plus actifs qu'avant. Ces neurones ont aussi développé des « épines » synaptiques, des petites structures permettant aux cellules cérébrales de communiquer. J. Nicholas Betley révèle que trois semaines d'activité sportive chez les souris « ont doublé l'activité ». Tout comme les souris pouvaient courir plus longtemps, l'hypothalamus ventro-médian était « entraîné » par le sport.  

Pour vérifier si ces neurones répondaient simplement à l'activité sportive ou s'ils contrôlaient ses bénéfices, les chercheurs ont désactivé de manière sélective les cellules SF-1. Sans l'activité de ces cellules, les souris s'entraînaient mais obtenaient moins de gains. Elles ne pouvaient plus courir aussi longtemps ou aussi rapidement que les souris avec des cellules SF-1 normales. 

En utilisant l'optogénétique, une méthode pour contrôler les neurones SF-1 à l'aide d'un faisceau lumineux, les chercheurs ont démontré que désactiver ces neurones juste après une session de sport les empêchait d'améliorer leur endurance. Augmenter les signaux des cellules SF-1 a eu l'effet inverse : les souris qui faisaient du sport et sur lesquelles était projeté un faisceau lumineux ont amélioré leur endurance. 

Les scientifiques savent depuis longtemps que le cerveau est important pour l'activation des muscles, stimulant les réponses du cœur et des poumons et contrôlant l'apport et la dépense énergétique, affirme Mark Hargreaves, chercheur en biologie du sport à l'université de Melbourne, en Australie. « Ces résultats suggèrent que les neurones de l'hypothalamus ventro-médian SF-1 dans le [système nerveux central] sont aussi impliqués dans l'adaptation à une activité sportive régulière. »

C'est une boucle qui profite à la fois au corps et au cerveau. « Ces résultats mettent une fois de plus en avant la beauté de la physiologie intégrative » indique Mark Hargreaves. « Tous les sytèmes organiques pertinents collaborent pour assurer une réponse adéquate » au défi que représente le sport. 

COUREZ COMME SI VOUS ÉTIEZ POURSUIVI

Ces résultats suggèrent un nouveau rôle pour cette région du cerveau, souligne Dayu Lin, neuroscientifique à la faculté de médecine de l'université de New York (NYU). Néanmoins, elle indique qu'il est important d'interpréter ces résultats comme propres à des sujets animaux. « Les souris ne font pas de sport. Pensent-elles vraiment volontairement "il faut que je reste en forme, donc je vais aller courir" ? »

Dayu Lin constate plutôt que cette zone de l'hypothalamus est aussi associée à la réponse des animaux face à leurs prédateurs. Elle se demande si les effets du sport sur le cerveau pourraient être expliqués par le fait qu'ils courent de la même façon que s'ils étaient soumis à un stress extrême, comme s'ils étaient poursuivis par un prédateur. 

J. Nicholas Betley et ses collègues ont réitéré quelques expériences sur les souris qui n'étaient pas sur des tapis de course. À la place, elles avaient accès à une roue dans leurs cages sans être obligées de courir à l'intérieur. Les souris ont couru avec enthousiasme et les chercheurs ont démontré que, quand ils ont bloqué leurs cellules SF-1, elles ne tiraient pas profit de l'intensification de leurs mouvements. 

« La science est excellente et les résultats, obtenus en utilisant les techniques de pointe, sont importants, » affirme Alan Watts, neuroscientifique à l'université de Californie du Sud (USC) à Los Angeles. Il relève que les souris sont bien plus petites que les humains. « Les souris sont un mauvais modèle du contrôle énergétique humain » affirme-t-il. Les humains vont devoir se mettre sur des tapis de course pour que l'on découvre si notre cerveau fonctionne de la même manière. 

Selon J. Nicholas Betley, la prochaine étape sera de découvrir quels sont les signaux entre l'hypothalamus et le corps pendant le sport. Quelles sont les molécules fondamentales de l'endurance ? Cette découverte pourrait aider les scientifiques à développer des traitements pour les personnes ne pouvant pas faire de sport, par exemple celles qui récupèrent après un AVC, ou pour éviter la perte musculaire. 

Cependant, J. Nicholas Betley ajoute rapidement qu'aucun médicament ne peut remplacer le mouvement lui-même et qu'il a changé ses propres habitudes après cette recherche. « Après ces expériences en laboratoire, j'ai essayé de faire 300 minutes [soit 5 heures] d'activité physique par semaine » explique-t-il. « Après 300 minutes par semaine, vous êtes une personne complètement différente. »