Ученые выяснили, как движение «чистит» мозг

Сканирование внутренних структур организма показало, что сеть вен служит механической связью между брюшной полостью и мозгом. Кредит: Penn State

Ученые обнаружили, что мозг физически связан с телом гораздо сильнее, чем считалось ранее. В исследовании, опубликованном 27 апреля в журнале Nature Neuroscience, использовались эксперименты на мышах и компьютерное моделирование, чтобы выяснить, почему физическая активность полезна для здоровья мозга.

Исследование показывает, что при напряжении мышц живота они сдавливают кровеносные сосуды, соединенные со спинным и головным мозгом. Это давление заставляет мозг слегка смещаться внутри черепа. Такое движение помогает спинномозговой жидкости перемещаться по мозгу, унося с собой отходы, которые могут мешать его нормальной работе.

Механическая связь между движением и здоровьем мозга

Профессор Пенсильванского университета Патрик Дрю объяснил, что открытие основано на более ранних исследованиях того, как сон и потеря нейронов влияют на циркуляцию спинномозговой жидкости.

«Наше исследование объясняет, как простое движение может служить важным физиологическим механизмом, способствующим здоровью мозга. Мы обнаружили, что при сокращении мышц живота кровь выталкивается из брюшной полости в спинной мозг, подобно гидравлической системе, создавая давление на мозг и заставляя его двигаться. Моделирование показывает, что это движение стимулирует поток жидкости в мозге и вокруг него. Считается, что движение жидкости важно для удаления отходов и предотвращения нейродегенеративных заболеваний. Наше исследование показывает, что немного движения полезно, и это может быть еще одной причиной, почему упражнения полезны для здоровья нашего мозга», — сказал Дрю.

Дрю сравнил процесс с гидравлической системой, где мышцы живота выступают в роли насоса. Даже небольшие действия, такие как напряжение корпуса перед тем, как встать или сделать шаг, могут создать этот эффект. Давление передается через позвоночное венозное сплетение — сеть вен, соединяющую живот с позвоночным каналом, что приводит к небольшому движению мозга.

Визуализация показала движение мозга, вызванное сокращением мышц

Чтобы наблюдать этот процесс, исследователи изучали движущихся мышей с помощью двух передовых методов визуализации. Двухфотонная микроскопия дала детальные изображения живых тканей, а микрокомпьютерная томография — трехмерные изображения органов высокого разрешения.

Они обнаружили, что мозг смещался непосредственно перед тем, как животные начинали двигаться, сразу после того, как мышцы живота напрягались для начала движения.

Чтобы подтвердить, что ключевым фактором является давление в брюшной полости, команда приложила легкое контролируемое давление к животу слегка анестезированных мышей. Никаких других движений не было. Уровень давления был ниже, чем при измерении артериального давления у человека, но все равно вызывал движение мозга.

«Важно отметить, что мозг начинал возвращаться в исходное положение сразу же после снятия давления на брюшную полость. Это говорит о том, что брюшное давление может быстро и значительно изменять положение мозга внутри черепа», — добавил Дрю.

Моделирование показало, как жидкость может течь через мозг

Подтвердив, что сокращения мышц живота вызывают движение мозга, исследователи задались вопросом, как это движение влияет на поток жидкости. На тот момент ни один метод визуализации не мог детально зафиксировать быстрое и сложное поведение спинномозговой жидкости.

«К счастью, наша междисциплинарная команда смогла разработать эти методы, включая проведение экспериментов по визуализации живых мышей и создание компьютерных симуляций движения жидкости. Такое сочетание опыта очень важно для понимания сложных систем и их влияния на здоровье», — отметил Дрю.

Профессор Франческо Костанцо, руководивший моделированием, пояснил, что для упрощения задачи мозг рассматривался как губка, сквозь поры которой может проходить жидкость. Это позволило смоделировать, как движение мозга, вызванное сокращением мышц живота, помогает индуцировать поток жидкости для очистки от продуктов жизнедеятельности.

Значение для здоровья мозга и профилактики заболеваний

Дрю отметил, что необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, как эти результаты применимы к человеку. Однако результаты показывают, что повседневные движения могут способствовать циркуляции спинномозговой жидкости через мозг, помогая удалять отходы и, возможно, снижая риск нейродегенеративных заболеваний, связанных с их накоплением.

«Это движение настолько незначительно. Оно возникает, когда вы ходите или просто напрягаете мышцы живота, что вы делаете при любой физической активности. Это может иметь огромное значение для здоровья вашего мозга», — заключил Дрю.

Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения, Департаментом здравоохранения Пенсильвании и Американской кардиологической ассоциацией.