Performer, c'est dans la tête ? Oui, et au sens propre du terme ! Nos capacités sportives ne dépendraient en effet pas seulement de notre force musculaire et de la puissance de notre système cardio-vasculaire. Certains neurones pourraient aussi jouer un rôle majeur dans l'approvisionnement en énergie dont nous avons besoin lorsque nous nous exerçons. Plus nous sommes actifs, plus ces neurones contribueraient à nous rendre physiquement plus performants. Un véritable cercle vertueux !

C'est en tout cas ce que suggère une étude menée par une équipe de chercheurs américains sur des souris. Leurs résultats, qui viennent d'être publiés dans la revue Neuron, pourraient bien être applicables à l'humain.

Des neurones activés par l’effort physique

Pour les mettre en évidence, les auteurs se sont intéressés à une zone particulière du cerveau appelée « hypothalamus ». Cette petite structure, située juste sous l'encéphale, régule de nombreuses fonctions vitales, de manière globalement similaire chez tous les mammifères.

De récentes études menées sur des rongeurs ont montré que des altérations dans la partie ventromédiale de l'hypothalamus pouvaient entraver l'amélioration de leur condition physique. Pour mieux comprendre le rôle de cette zone de l'hypothalamus, les auteurs de cette nouvelle étude ont soumis des souris à des exercices de course sur tapis roulant afin d'observer, avant, pendant et après l'effort, l'activité des neurones qui la constituent.

Quand l’hypothalamus « se muscle » sous l’effet du sport

Ce qu'ils ont découvert : à l'issue de la course, chez toutes les souris, se produit une très nette augmentation de l'activité de certains neurones hypothalamiques appelés SF1, jouant un rôle dans le développement et le métabolisme du cerveau. Plus intéressant : il apparaît que la proportion de ces cellules neuronales activées par l'exercice augmente à chaque jour supplémentaire de course. Ainsi, au huitième jour d'entraînement, la course activait environ 53 % des neurones, contre moins de 32 % le premier jour, à l'image d'un muscle qui se développe au fur et à mesure de l'entraînement.

L'entraînement physique augmenterait ainsi l'excitabilité et la densité des synapses des neurones SF1, ce qui suggère que l'historique de l'exercice serait « codé » par la plasticité hypothalamique.

L’historique de l’exercice physique serait « codé » par la plasticité de certains neurones de l’hypothalamus appelés SF1, expliquent les auteurs. © Md, Adobe Stock (image générée à l’aide de l’IA)

Des performances amoindries quand les neurones sont inhibés

Pour savoir dans quelle mesure ces neurones jouent un rôle important dans les performances, les chercheurs ont ensuite utilisé une technique appelée « optogénétique » qui permet de contrôler l'activité de groupes de neurones spécifiques par simple illumination du tissu nerveux.

Les animaux ont été entraînés sur un tapis roulant cinq jours par semaine pendant trois semaines. Après chaque séance, les neurones ont été inhibés pendant une heure. À la fin de chaque semaine, les souris ont passé un test d'endurance en courant jusqu'à épuisement.

Résultat : les souris aux neurones inhibés parcouraient seulement 400 mètres en moyenne contre près du double pour les souris dont les neurones étaient intacts. Il existe donc une action favorable des neurones hypothalamiques sur les performances physiques.

Une utilisation optimisée des substrats énergétiques

Comment l'expliquer ? Difficile à dire à l'heure actuelle, mais les chercheurs pensent qu'ils moduleraient la manière d'utiliser les réserves énergétiques.

Selon eux, les souris dont les neurones hypothalamiques sont inhibés commencent à utiliser le glycogène beaucoup plus tôt dans la course. Elles se retrouvent donc plus rapidement à court de carburant. Ceci se ferait grâce à la sécrétion de deux substances neuronales :

• une protéine appelée PGC-1 alpha, qui aide les cellules à utiliser plus facilement le carburant ;
• une autre qui, en augmentant le taux de sucre dans le sang (glycémie), favorise la reconstitution des réserves glucidiques, et ainsi la récupération musculaire.

Un futur moyen d’améliorer les performances ?

Pour les chercheurs, si on parvenait à identifier un moyen d'activer les neurones hypothalamiques chez l'humain, il serait possible d'augmenter ses capacités d'endurance. Leur expérience sur les souris montre en effet qu'en stimulant les neurones plutôt qu'en les inhibant, les animaux développaient une endurance impressionnante, équivalent à plus du double de celle des souris témoins. Il deviendrait par exemple possible de remettre au sport des personnes âgées affaiblies ou ayant souffert d'un accident vasculaire.

Reste à savoir si la stimulation de neurones ne s'accompagnera pas d'effets secondaires néfastes, comme une diminution du taux de glucose sanguin (glycémie). Affaire à suivre, donc...

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