Живот управляет мозгом. В буквальном смысле, движение мозга вызывается сокращениями мышц брюшной полости

Каждый раз, когда вы напрягаете мышцы туловища, чтобы встать со стула, подтягиваете живот перед тем, как сделать шаг, или даже напрягаетесь в ожидании движения, внутри вашего черепа происходит нечто, что до сих пор никто должным образом не документировал. Ваш мозг смещается. Не резко, не так, чтобы вы это почувствовали. Речь идет о нескольких микрометрах — примерно о ширине эритроцита. Но это движение реально, его можно измерить, и новое исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, предполагает, что оно может быть одной из причин, по которым ходьба полезна для вашего мозга.

Исследование, проведенное междисциплинарной группой из Университета штата Пенсильвания, опровергает давнее предположение: что мозг находится в значительной степени изолированным от механических сил тела, укрытый внутри черепа, а его движения регулируются привычными ритмами сердцебиения и дыхания. Оказалось, что у бодрствующих, двигающихся животных главным двигателем движения мозга вовсе не является сердце. Им являются мышцы живота.

Насос, о котором никто не знал

Патрик Дрю, профессор инженерных наук и нейрохирургии в Университете штата Пенсильвания, много лет пытался понять, как мозг очищает себя. У этого органа отсутствует традиционная лимфатическая система. Вместо этого он зависит от спинномозговой жидкости (СМЖ), промывающей его изнутри и снаружи, вымывая метаболические отходы, которые накапливаются за день мыслительной деятельности. Сон кажется особенно важным для этого процесса, что является одной из причин, по которой ученые связывают плохой сон с более высоким риском развития болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний. Но механизмы того, как СМЖ на самом деле движется в бодрствующем, активном мозге, были плохо изучены. Никто не знал, что именно приводит жидкость в движение.

Статья по теме: Невнимательность при недосыпе возникает из-за очистки мозга, которая должна была произойти во сне

Команда Дрю решила понаблюдать. Они закрепили мышей на сферических беговых дорожках, позволяя животным свободно ходить и бегать по своему желанию, в то время как двухфотонные микроскопы отслеживали точное положение мозга относительно черепа, кадр за кадром, со скоростью, превышающей сердечный цикл. Почти сразу же проявилась закономерность, которая их удивила. Движение мозга не следовало за дыханием. Оно не следовало за сердцебиением. Оно следовало, тесно и воспроизводимо, за локомоцией, и начиналось немного раньше, чем мыши начинали двигаться. А это означало, что бы ни вызывало сдвиг мозга, это не была сама локомоция.

Оказалось, что сигнал, который они искали, исходил из брюшной полости. Исследователи имплантировали крошечные электромиографические электроды в брюшные мышцы тех же мышей и обнаружили, что движение мозга последовательно отставало от сокращения мышц на долю секунды. Сначала срабатывали брюшные мышцы. Затем двигался мозг. Не ноги, не позвоночник, не шея. Живот.

Гидравлическая система, скрытая на виду

«В ходе этого исследования мы обнаружили, что при сокращении мышц брюшной полости кровь из брюшной полости выталкивается в спинной мозг, точно так же, как в гидравлической системе, оказывая давление на мозг и заставляя его смещаться», — сказал Дрю.

«Трубопроводом», обеспечивающим этот процесс, является структура, называемая позвоночным венозным сплетением — сетью венозных сосудов без клапанов, проходящих между брюшной полостью и позвоночным каналом. Позвоночное венозное сплетение известное у людей помогает компенсировать внутричерепное давление при смене позы. Неясно было, есть ли оно у мышей, пока команда не заполнила сосудистую систему двух мышей рентгеноконтрастным веществом и не исследовала их с помощью микро-КТ. Сканирование четко показало это сплетение с небольшими отверстиями в поясничных позвонках, через которые вены проходят между брюшной полостью и внутренней частью позвоночного столба. Когда брюшные мышцы сжимаются, они выдавливают кровь в эту сеть. Кровь поступает в позвоночный канал, сужает дуральный мешок, окружающий спинной мозг, и выталкивает спинномозговую жидкость в краниальную область, сдвигая мозг вперед и наружу внутри черепа.

Чтобы подтвердить, что этот механизм не был просто артефактом произвольного движения, команда обернула слегка анестезированных мышей в специально изготовленный пневматический пояс, надетый вокруг живота, и надула его на две секунды. Никаких движений конечностей, никаких изменений позы, только легкое сжатие живота. Мозг сместился в ростральном направлении, точно так же, как это происходило во время движения. «Важно отметить, что мозг начал возвращаться в исходное положение сразу же после снятия давления на живот», — сказал Дрю.

Проблема «грязной губки»

Установление того факта, что брюшная полость приводит в движение мозг, представляет интерес. Понимание того, как это движение влияет на жидкость внутри мозга, — вот где последствия начинают приобретать действительно значимый характер. Франческо Костанзо, профессор инженерии и математики, также из Университета штата Пенсильвания, возглавил вычислительную часть проекта. Моделирование динамики жидкости внутри мозга является крайне сложной задачей (этот орган полон мембран и жидкостных камер, которые все движутся одновременно, взаимодействуя друг с другом), поэтому команда сделала упрощающее допущение.

«Мозг имеет структуру, похожую на губку, в том смысле, что у него есть мягкий скелет, через который может проходить жидкость», — сказал Костанцо. С учетом этого подхода вычислительная задача стала почти банальной. «Оставаясь верными идее мозга как губки, мы также представили его себе как грязную губку», — добавил он. «Как чистить грязную губку? Промыть ее под краном и отжать».

Их симуляции, откалиброванные по измеренным величинам внутричерепного давления и смещения мозга в экспериментах на мышах, показали, что при сжатии позвоночного венозного сплетения жидкость вытекает из паренхимы мозга в окружающее субарахноидальное пространство. Потоки были значительными, в несколько раз превышающими нормальную скорость производства спинномозговой жидкости, и они шли в противоположном направлении по сравнению с глимфатическими потоками, наблюдаемыми во время сна, когда жидкость поступает в мозг по пространствам, окружающим проникающие артерии. Этот контраст отлично вписывается в одну из давних загадок в этой области: почему молекулы-трассеры, введенные в спинномозговую жидкость спящих животных, легко проникают в мозг, в то время как те же самые трассеры у бодрствующих животных вообще не проникают в кору? Моделирование предлагает ответ: во время движения в бодрствующем состоянии мозг «промывается» наружу. Во время сна он втягивает жидкость внутрь. Два взаимодополняющих цикла: один работает ночью, другой — днем.

«Наше исследование объясняет, как простое передвижение может служить важным физиологическим механизмом, способствующим здоровью мозга», — сказал Дрю. Соответствующие сокращения брюшной полости незначительны, возможно, такого рода, что их едва заметно: напряжение мышц туловища перед любым движением, подобное тому, которое происходит прямо сейчас, когда вы сдвигаетесь на стуле. «Это движение настолько незначительно. Они возникают, когда вы ходите или просто сокращаете мышцы живота, что вы делаете при любой физической активности. Это может иметь огромное значение для здоровья вашего мозга».

Есть очевидные оговорки. Исследование проводилось на мышах. Головы мышей были зафиксированы, что исключает из расчета силы, создаваемые движением головы. Вычислительная модель мозга представляет собой упрощенную геометрию, цилиндрически симметричную, не имеющую ничего общего с реальным морщинистым органом. Команда пока не знает, насколько это применимо к людям, хотя позвоночное венозное сплетение хорошо задокументирован у людей, а изменения внутрибрюшного давления во время физических нагрузок у нашего вида, если что, даже больше. Интересно, что они отмечают: состояния, повышающие базовое внутрибрюшное давление, например ожирение, могут хронически нарушать нормальную гидравлическую связь между кишечником и мозгом, потенциально способствуя когнитивным эффектам, которые давно ассоциируются с избыточным весом. Играет ли внутрибрюшное давление роль в когнитивных преимуществах, о которых сообщают после такого обыденного действия, как дефекация (которая резко снижает внутрибрюшное давление), — об этом в статье упоминается, почти вскользь, в разделе обсуждения.

Более глубокий вопрос, который поднимает эта работа, заключается в том, насколько то, что мы называем «пользой физических упражнений для мозга», на самом деле связано с градиентами давления в брюшной полости и сетью вен, о которых анатомы знали десятилетиями, но никто не думал связывать с когнитивными функциями. Если мозг очищается от частично благодаря механическим последствиям движения тела, то последствия этого выходят за рамки базовой нейробиологии и затрагивают клиническую практику, рекомендации по физическим упражнениям и разработку методов лечения для людей, которые не могут двигаться. Однако на данный момент вывод заключается просто в следующем: ваш кишечник и ваш мозг находятся в более тесном взаимодействии, чем кто-либо предполагал, и каждый ваш шаг является частью этого взаимодействия.

Исследование: Garborg, C.S., Ghitti, B., Zhang, Q. et al. Brain motion is driven by mechanical coupling with the abdomen. Nat Neurosci (2026). https://doi.org/10.1038/s41593-026-02279-z