«Апостериори»: Мышцы живота могут управлять движением мозга

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Нейробиологи обнаружили, что сокращения мышц живота могут вызывать смещение мозга и влиять на движение жидкости в его тканях.

Мозг не является полностью неподвижным органом. Даже в нормальных условиях он постоянно слегка смещается внутри черепа – на микрометровом уровне. Ранее считалось, что основными источниками этих движений являются сердцебиение и дыхание. Однако в исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience, учёные показали, что в состоянии бодрствования ключевую роль играет совсем другой механизм.

Авторы работы изучали движение мозга у бодрствующих мышей с помощью двухфотонной лазерной микроскопии. Это позволило напрямую сравнить положение ткани мозга и поверхности черепа. Оказалось, что при движении тела мозг смещается преимущественно вперёд и в стороны. При этом характер этих смещений практически не связан с дыханием или сердечным ритмом, а тесно коррелирует с двигательной активностью. Особенно важно, что движение мозга часто предшествовало движению самого животного. Это означает, что его вызывает не сама локомоция, а более ранние физиологические процессы, подготавливающие тело к движению.

Чтобы найти источник этих сигналов, исследователи измерили активность мышц живота. Выяснилось, что сокращения этих мышц предшествуют движению мозга и напрямую с ним связаны. Такие сокращения увеличивают внутрибрюшное давление – это известный физиологический механизм, который стабилизирует корпус перед началом движения.

Далее авторы предложили объяснение того, как это давление передаётся к мозгу. В организме существует сеть вен – позвоночное венозное сплетение, соединяющее брюшную полость и спинномозговой канал. Оно не имеет клапанов и может работать как гидравлическая система. При повышении давления в животе часть крови перераспределяется в область позвоночника, что приводит к увеличению внутричерепного давления и, как следствие, к смещению мозга.

Эту гипотезу проверили экспериментально. Учёные механически сжимали область живота у анестезированных мышей – и наблюдали практически те же движения мозга, что и при естественной активности. Однако главное значение этих результатов связано не столько с самим фактом движения мозга, сколько с его возможной функцией.

Мозг не имеет классической лимфатической системы, и удаление продуктов обмена происходит через циркуляцию межклеточной и спинномозговой жидкости. Считается, что во время сна жидкость активно поступает в мозг и участвует в его «очистке». Компьютерное моделирование, проведённое авторами, показало, что движения мозга, возникающие при повышении внутрибрюшного давления, могут, наоборот, выталкивать жидкость из его ткани наружу.

Причём этот поток направлен в сторону субарахноидального пространства и по величине может быть сопоставим или даже превышать обычные скорости циркуляции жидкости. Это означает, что в состоянии бодрствования механика движения мозга может работать противоположно процессам, наблюдаемым во сне. Такой эффект потенциально объясняет, почему полноценная очистка мозга происходит именно во время сна, когда характер движения жидкости меняется.

Новые результаты не означают, что роль сердцебиения и дыхания полностью отсутствует. В других условиях, например при анестезии, эти факторы действительно могут влиять на движение мозга. Однако в состоянии бодрствования, по-видимому, доминирует именно связь с механикой тела.  

Авторы также подчёркивают, что их модель пока упрощена и основана на экспериментах на мышах. Тем не менее, если аналогичные механизмы подтвердятся у человека, это может изменить представления о связи между состоянием тела и работой мозга.

В частности, изменения внутрибрюшного давления – например при физической нагрузке, дыхательных практиках или заболеваниях – могут оказывать влияние на циркуляцию жидкости в мозге. Это, в свою очередь, потенциально связано с когнитивными функциями и нейродегенеративными процессами.

Таким образом, работа предлагает неожиданный взгляд: мозг оказывается не изолированной системой, а частью единого механического контура тела. И даже такие, казалось бы, периферические процессы, как сокращения мышц живота, могут напрямую влиять на его физическое состояние и, возможно, на его работу.