宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员领导的一项研究发现，某些肠道细菌会激活肠道神经，从而促进运动欲望。研究发现，一大群实验室老鼠的跑步表现差异主要归因于表现较高的动物体内存在某些肠道细菌。然后，研究小组将这种效应追溯到细菌产生的代谢物，这些代谢物激活肠道中的感觉神经，刺激大脑中控制动机的区域，从而促进运动的欲望。
宾夕法尼亚大学医学院微生物学助理教授ChristophThaiss博士说：“如果我们能够证实人类存在类似的途径，它可能会提供一种有效的方法来提高人们的运动水平，从而总体上改善公众健康。”除了有可能开发出廉价、安全、基于饮食的方法让普通人跑步，甚至可能优化精英运动员的表现外，新发现的途径提供了一些见解，指出了在这样的环境中改变动机和情绪的新策略作为成瘾和抑郁症。
Thaiss是该团队在《自然》杂志上发表的论文的资深作者，该论文的标题为“依赖微生物组的肠-脑通路调节运动动机”，研究人员在文中表示，他们的发现表明“……理解个体间变异性的可能机制基础锻炼动力和表现。”
作者写道，锻炼可能是最重要和最容易获得的生活方式组成部分，可以预防多种疾病。“但锻炼是艰苦的，除了心血管和呼吸健康外，还需要在专业、娱乐或治疗环境中保持强烈的激励状态。”刺激参与的一个重要因素——无论是竞技性运动还是娱乐性运动——是源自长时间身体活动的激励性快感，它是由大脑中运动引起的神经化学变化触发的。但正如该团队还指出的那样，“......调节个人参与体育活动动机的机制仍未完全了解。”
Thaiss及其同事开展了他们的研究，以广泛搜索可能决定运动表现的因素。他们记录了一组199只基因多样化小鼠的基因组序列、肠道细菌种类、血流代谢物和其他数据。他们写道：“我们通过单核苷酸多态性基因分型、血清代谢组学、粪便样本的16S核糖体DNA(rDNA)测序和多参数代谢分析对这一队列进行了深入分析。”该分析导致每只小鼠收集到超过10,500个数据点，总共接近210万个数据点。然后，研究人员测量了这些动物每天有意识地转轮的次数，以及它们的耐力。
研究人员使用机器学习分析了这些数据，以寻找能够最好地解释动物在跑步表现中巨大的个体间差异的小鼠属性。他们惊讶地发现，遗传学似乎只解释了这些表现差异的一小部分——他们在报告中指出，“遗传对运动能力个体差异的贡献很小”——而肠道细菌种群的差异似乎要大得多重要的。事实上，科学家们发现，给老鼠服用广谱抗生素来消耗它们的肠道细菌会使动物的跑步成绩降低大约一半。科学家们写道：“通过广谱抗生素消除微生物群会使跑步机和跑步轮的性能降低约50%。”
多年来，在宾夕法尼亚大学和其他地方的十几个独立实验室进行了持续的侦探研究之后，该团队发现两种细菌物种与更好的表现密切相关，即直肠真杆菌和Coprococcuseutactus，它们会产生脂肪酸酰胺(FAA)，从而刺激称为CB1内源性大麻素受体的受体位于通过脊柱连接到大脑的内脏感觉神经上。研究表明，刺激这些布满CB1受体的神经会导致运动过程中称为腹侧纹状体的大脑区域中的神经递质多巴胺水平升高。
该团队指出，纹状体是“一个与动机行为和身体活动的启动密切相关的大脑区域……”他们得出结论，运动期间该区域额外的多巴胺通过增强运动欲望来提高表现。“在这项研究中，我们证明了参与调节身体活动动机的大脑回路并不是严格意义上的中枢神经系统自主的，而是受到源自肠道微生物群落的外围影响的影响，这表明理解个体间变异性的可能机制基础锻炼动力和表现，”他们说。
“这种从肠道到大脑的动机途径可能已经进化为将营养物质的可用性和肠道细菌种群的状态与准备好进行长时间的体育活动联系起来，”该研究的合著者J.NicholasBetley博士说。宾夕法尼亚大学文理学院生物学教授。“这一研究方向可能会发展成为运动生理学的一个全新分支。”
这些发现开辟了许多新的科学研究途径。例如，实验中有证据表明，表现较好的老鼠经历了更强烈的“跑步者快感”——在这种情况下通过疼痛敏感度的降低来衡量——暗示这种众所周知的现象至少部分也是由肠道控制的细菌。他们指出，结果“……表明‘跑步者的快感’背后的神经化学效应，即长时间体力活动后内源性大麻素释放所驱动的愉悦、奖赏、抗焦虑和镇痛现象，可能受到胃肠道的影响。”
此外，该团队指出，这些发现可能表明，其他依赖于纹状体多巴胺信号的行为可能可以通过生活方式干预、饮食或代谢物补充来改变。他们补充说，这可能会开启更普遍的“interoceptomimetics”概念，或刺激这些感觉通路并通过外周干预影响大脑活动的分子。该团队现在计划进一步研究，以证实人类存在这种从肠道到大脑的通路。“如果适用于人类，我们的研究结果表明，刺激运动动机的内感受器可能会提供一个强大的机会来抵消久坐不动的生活方式对健康的不利影响，”他们总结道。