心脏如何知道你是否在锻炼？ 日本鸟取大学 Satoshi Koba 教授和他的团队利用光遗传学和 Kaha遥测技术, 解开了这个谜团。
锻炼似乎很直观。 你移动身体，你的心率就会加快，你的体温就会升高，你会出汗、气喘吁吁； 这一切都是自然发生的。 但是你的心脏如何知道你的其它肌肉在做什么呢？ 正如通常的情况一样，它会通过你的大脑。
运动是一种生理压力活动，需要大脑持续管理，以确保需要的区域提供更多所需的氧气和能量。 运动和自主神经系统的并行激活由中枢指挥驱动，增加呼吸频率、心率和血压，并激励我们进行这些能量密集型运动。
作为一名研究生的时候，Satoshi Koba教授读过一本关于中枢指挥的教科书。 “我从那本教科书中不明白的是，”Satoshi说，“中枢指挥实际上在哪里。”
“在哪里”的问题必须等待合适的技术。 无线遥测和光遗传学是团队开始他们的旅程所需的突破。
Satoshi说：“通过将遥测和光遗传学引入我们的研究计划，我们已经能够开发一个研究环境，可用于阐明和研究支持中枢指挥功能的大脑的实际状态。”
研究小组假设，头端腹外侧延髓将在中枢指挥环路中发挥关键作用，因为它通常参与血压和交感神经系统的升压调节。 该区域的激活应该来自运动相关区域，因为血压变化是随着运动的增强而发生的。 他们假设的环路需要中脑运动神经元刺激头端腹外侧延髓，同时激活躯体运动和交感神经系统。
为了测试这个假设，他们需要隔离系统。 利用光遗传学，Satoshi 和他的团队能够精确地靶向那些投射到头端腹外侧延髓的中脑运动神经元。 他们观察了笼子里的大鼠，并使用Kaha无线植入式植入子 , 记录了大鼠的动脉血压。
当该环路受到光遗传学刺激时，不仅动脉压升高到运动时预期的水平，而且大鼠的行为也发生了变化； 移动或奔跑，好像是为了匹配大脑发送的“锻炼”信号。
然而，激活环路只是难题的一方面。 接下来，Satoshi和他的团队在自由活动期间抑制了环路。 正如预期的那样，运动动物的心血管支持下降，恢复到非运动水平。 一些大鼠停止了活动，但这并不一致。 它并没有像停止运动动机那样进行复杂的抑制，而是简单地将大鼠的心血管活动恢复到典型的非运动模式。 大鼠可以继续奔跑，但就它们的大脑和心脏而言，它们正在休息。
这回答了另一个关键问题：中脑运动神经元到头端腹外侧延髓环路是否是运动所特有的，或者它是否只是另一个心血管调节环路。 无论抑制程度如何，无论是在休息还是运动期间，大鼠的心血管系统都不会低于基础稳态水平。 该环路确实调节心血管系统，但仅对运动做出反应。
中枢指挥功能障碍会导致已知的心血管病理。 心力衰竭会增加运动不耐受和致命心血管事件的风险。 制定治疗这种功能障碍的临床目标可以显著改善已经处于心血管紧张状态的患者的预后。
Satoshi说：“人们已经普遍认为运动具有医疗益处，但这些医疗益处背后的机制尚不清楚，既然我们已经明确了运动过程中活动发生的位置，我们相信这应该成为未来医疗保健的目标。”
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