L’exercice et le cerveau non neuronal

Points forts

• L’exercice physique augmente la myélinisation.
• La myéline améliore la santé du cerveau en favorisant les fonctions cognitives.
• L’exercice rend la myéline moins vulnérable aux dommages et plus encline à se réparer.
• Plus une activité est engageante sur le plan cognitif, mieux c’est.

L’exercice physique est bénéfique pour notre cerveau. L’activité physique intense qu’implique l’exercice stimule la libération dans le cerveau d’une protéine appelée facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF). Le BDNF influence les neurones, augmentant la connectivité et la structure de régions cérébrales clés comme l’hippocampe, la zone du cerveau responsable d’activités telles que l’apprentissage et la mémoire. Un article récent paru dans Scientific American suggère que le corps et l’esprit sont devenus liés lorsque l’homme est devenu bipède et s’est converti au mode de vie des chasseurs-cueilleurs.

L’exercice physique a incontestablement des effets bénéfiques sur les neurones. Mais, aussi importantes soient-elles, ces cellules cérébrales particulières ne représentent qu’une proportion relativement faible du cerveau. Dans le cortex humain, par exemple, sur les 77 milliards de cellules présentes, seules 16 milliards sont des neurones. Les 61 milliards restants sont des cellules non neuronales appelées cellules gliales. Quel est l’effet de l’exercice sur les 87 % de cellules non neuronales ?

Contrairement à des décennies de dogmes neuroscientifiques, des recherches récentes nous ont appris à quel point le cerveau est dynamique. C’est un paysage en constante évolution, qui réagit au fur et à mesure que l’on fait de nouvelles expériences et que l’on acquiert de nouvelles compétences. Les neurones établissent de nouvelles connexions et en rompent d’autres. En réponse à l’exercice, de nouveaux neurones peuvent germer dans l’hippocampe. À un âge avancé, lorsque la mémoire décline, des neurones sont perdus. La myéline, la membrane qui recouvre et isole les axones (longs connecteurs en forme de fils) des neurones, est peut-être une structure cérébrale plus dynamique, encore plus en phase avec les expériences, ou l’absence d’expériences, vécues par une personne au cours de sa vie.

L’exercice physique a des effets intéressants sur la myéline, effets qui pourraient contribuer à lutter contre le vieillissement du cerveau et à le rendre plus résistant aux lésions et aux maladies.

L’exercice physique augmente la myélinisation.

La myélinisation est le processus qui consiste à ajouter de la myéline à un axone. Un oligodendrocyte, un type de cellule non neuronale qui produit de la myéline dans le cerveau et la moelle épinière, étend sa membrane cellulaire pour toucher un axone. Le prolongement s’enroule ensuite autour de l’axone en forme de câble et l’isole de son environnement. L’isolation fournie par la myéline accélère la communication entre les neurones et les oligodendrocytes peuvent transférer de l’énergie aux neurones à l’aide de leurs extensions membranaires.

Des chercheurs ont utilisé des techniques d’imagerie de pointe pour prendre des photos du cerveau d’enfants, de jeunes adultes, d’adultes et de personnes âgées afin de voir comment leur matière blanche (les parties du cerveau qui contiennent beaucoup de myéline) change en réponse à l’exercice. Les projets ActiveBrains et FITKids2 ont recueilli des données sur plus de 300 enfants en Espagne et aux États-Unis. Tous les enfants participant à l’étude avaient environ 10 ans.

Dans les deux projets, une meilleure condition physique était associée à une plus grande quantité de matière blanche chez les enfants en surpoids et obèses. La matière blanche ne contient pas que de la myéline. Des axones et des cellules gliales sont également présents dans les voies de la matière blanche. L’augmentation de la taille ou du nombre des axones ou la prolifération des cellules gliales pourraient entraîner une augmentation du volume de la matière blanche. Des études animales, que nous évoquerons brièvement, suggèrent toutefois que l’augmentation de la matière blanche après un exercice physique est due à une plus grande quantité de myéline.

Des liens entre la matière blanche et l’exercice physique ont également été observés chez des hommes âgés de quinze à dix-huit ans et chez des adultes de vingt et un ans. Un groupe de scientifiques dirigé par le Dr Benjamin Tseng de l’Institute for Exercise and Environmental Medicine de Dallas, au Texas, a étudié dix athlètes masculins et féminins de longue date, âgés de 60 à 70 ans. Comparés à dix adultes de la même tranche d’âge qui n’étaient pas aussi actifs, les athlètes seniors présentaient moins d’anomalies de la substance blanche et une meilleure intégrité de la substance blanche dans les zones du cerveau liées au contrôle de la motricité et à la coordination. L’exercice physique semble être bénéfique pour la santé de la matière blanche tout au long de la vie.

Des études menées sur des souris établissent un lien plus étroit entre les modifications de la matière blanche après l’exercice et les modifications de la myéline. Des neuroscientifiques de l’Institute of Life Science en Chine ont donné à des souris un accès libre à une roue de course pendant deux semaines. Lorsqu’ils ont examiné leur cerveau par la suite, ils ont constaté un plus grand nombre d’oligodendrocytes produisant de la myéline, un plus grand nombre d’axones recouverts de myéline et une myéline plus épaisse.

Pourquoi une plus grande quantité de myéline est-elle synonyme d’une meilleure santé cérébrale ?

Plus il y a de myéline, plus les signaux voyageant entre les neurones le long des axones peuvent se rejoindre rapidement. Les informations voyagent d’une région cérébrale à l’autre jusqu’au reste du corps par le biais du potentiel d’action. Les potentiels d’action sont générés par l’ouverture de canaux le long de l’axone, qui laissent pénétrer des ions chargés positivement à l’intérieur de l’axone. Les ions chargés se déplacent le long de l’axone, ouvrant d’autres canaux et laissant entrer d’autres ions. Une myéline plus épaisse réduit la résistance au flux d’ions à l’intérieur de l’axone, ce qui leur permet de voyager plus rapidement. Plus les ions se déplacent rapidement dans l’axone, plus le potentiel d’action peut se propager rapidement le long de l’axone et plus l’information atteint rapidement sa destination.

L’augmentation de la myéline peut également résulter de l’ajout de segments de myéline supplémentaires à un axone. Des segments de myéline supplémentaires signifient plus de soutien nutritionnel pour le neurone/l’axone. Les canaux de la myéline relient le métabolisme de l’axone à celui de l’oligodendrocyte producteur de myéline. Les oligodendrocytes transmettent des métabolites aux axones par l’intermédiaire de leurs extensions membranaires et des canaux de la myéline. Une fois à l’intérieur de l’axone, les métabolites peuvent être convertis en énergie. Plus d’énergie pour le neurone signifie qu’il peut maintenir un niveau de fonction plus élevé.

La myélinisation contribue à la santé du cerveau en soutenant les éléments fondamentaux de la cognition: des vitesses de traitement élevées et la coordination de nombreuses régions cérébrales différentes. La myéline améliore la transduction et la synchronisation des signaux. Jusqu’à présent, un lien de cause à effet n’a été établi que dans des modèles d’apprentissage chez les rongeurs. Mais des liens associatifs sont observés au cours du développement et du vieillissement : la maturation de la matière blanche dans les régions du cerveau responsables du langage coïncide avec l’acquisition du langage au cours de l’enfance. La maturation de la matière blanche chez les enfants est liée à des vitesses de traitement plus élevées. Le déclin cognitif associé à l’âge est lié à la dégradation de la matière blanche.

Les lésions de la myéline sont observées dans les maladies neurologiques généralement associées à des lésions de la substance blanche, telles que la sclérose en plaques et les accidents vasculaires cérébraux. Mais des modifications de la myéline sont également observées dans des pathologies dont le lien avec la substance blanche est moins évident, comme la dépression, l’obésité et la maladie d’Alzheimer. Dans les modèles animaux, l’exercice physique permet de préserver l’intégrité de la myéline et d’améliorer les résultats. Dans les modèles de rongeurs de la sclérose en plaques (SEP), l’exercice physique module le système immunitaire pour qu’il cause moins de dommages au cerveau et à la moelle épinière, ce qui prévient les lésions de la myéline, préserve la fonction motrice et les capacités cognitives, et favorise la réparation. Dans les modèles animaux d’accident vasculaire cérébral, l’exercice favorise de meilleurs résultats cognitifs et une meilleure réparation de la myéline ; dans les modèles de dépression, l’exercice protège les oligodendrocytes et la myéline des dommages ; dans l’obésité, l’exercice prévient le déclin cognitif et les dommages à la myéline associés à l’obésité ; enfin, l’exercice favorise l’intégrité de la myéline et diminue le déclin cognitif dans les modèles murins de la maladie d’Alzheimer.

De quelle quantité d’exercice avez-vous besoin ?

Nous pouvons être sûrs que l’exercice physique est bénéfique pour la myélinisation. Mais il est encore trop tôt pour prescrire des exercices spécifiques. Il y a trop d’inconnues et trop de variables non prises en compte. Quel est le meilleur type d’exercice ? Certains types d’exercices sont-ils plus bénéfiques pour certaines régions du cerveau que pour d’autres ? Les différentes régions du cerveau réagissent-elles différemment à l’exercice ? Combien de temps faut-il faire de l’exercice pour stimuler la myélinisation ? Y a-t-il des moments où l’exercice n’est pas une bonne idée ? Par exemple, immédiatement après un accident vasculaire cérébral, une lésion cérébrale traumatique ou une lésion de la moelle épinière ? L’exercice pourrait-il faire plus de mal que de bien dans certains de ces cas ? Toutes ces questions ne trouveront de réponse que dans le cadre de recherches plus approfondies et d’essais cliniques dans des environnements contrôlés.

Malgré de nombreuses questions sans réponse, nous pouvons formuler quelques recommandations générales à l’intention des personnes en bonne santé qui souhaitent optimiser la santé de leur cerveau. Le ministère américain de la santé et des services sociaux recommande 150 minutes d’activité modérée par semaine ou 75 minutes d’activité vigoureuse. La Société canadienne de physiologie de l’exercice recommande 150 minutes d’exercice modéré à vigoureux par semaine, par périodes de dix minutes ou plus. Elle suggère également des activités de renforcement des muscles et des os, telles que des exercices de résistance utilisant les principaux groupes musculaires, au moins deux fois par semaine. Les recommandations formulées par ces deux groupes vont dans le sens du maintien d’une bonne santé et d’une meilleure santé mentale (c’est-à-dire d’un meilleur moral et d’une meilleure estime de soi).

Quel type d’exercice devriez-vous faire ? Plus vous pouvez impliquer de régions du cerveau, mieux c’est. Les oligodendrocytes se myélinisent en réponse à l’activité des axones qu’ils enveloppent ou pourraient envelopper. Plus une activité est stimulante sur le plan cognitif, plus le potentiel de myélinisation est élevé.

D’un point de vue cognitif, il est simple de courir sur un tapis roulant ou de faire du vélo stationnaire. D’après les données observées dans les modèles animaux, de telles activités conduisent à une augmentation de la myélinisation dans le cortex moteur. Les activités qui requièrent davantage d’équilibre sollicitent les systèmes proprioceptifs, le cervelet, les systèmes sensoriels et les systèmes moteurs, car le cerveau recueille des informations sur la position du corps dans l’espace et procède à des ajustements pour rester en position verticale.

Le sport est encore mieux. Le sport exige une prise de décision rapide et de la concentration, ce qui nécessite une action du cortex préfrontal. Ils exigent que vous connaissiez la position de votre corps dans l’espace par rapport aux autres joueurs et les contraintes de la surface de jeu, ce qui requiert l’activité du lobe pariétal. Les sports exigent de définir rapidement des objectifs et d’élaborer des stratégies pour les atteindre, ce qui requiert la partie antérieure du lobe frontal.

Les cours d’exercices sont également utiles. Les cours de spinning ou de boxe, où vous devez suivre le rythme, mobilisent les systèmes corticaux et sous-corticaux : le cortex auditif traite la musique et les systèmes sensori-moteurs synchronisent vos mouvements avec la musique.

Il reste encore beaucoup à apprendre sur le lien entre le corps et l’esprit. Mais l’impératif du mouvement pour la santé du cerveau est une chose que nous saurons toujours avec certitude.