ペンシルベニア州立大学の研究チームは、マウスを用いた研究において、腹筋を収縮させると脊椎に沿った静脈ネットワークを通じて圧力が伝わり、頭蓋骨内で脳がわずかに移動することを確認したと報告した。研究チームによると、コンピュータシミュレーションの結果、この動きが脳の老廃物除去を助けるとされる脳脊髄液の循環を促進している可能性があり、日常的な動作や運動が脳の健康に良いとされる理由を機械的に説明する新たな知見になる可能性があるという。
ペンシルベニア州立大学の研究者らは、日常的な身体運動と頭蓋骨内での脳のわずかな動きをつなぐ機械的なメカニズムを特定したと発表した。
4月27日にオンライン版『Nature Neuroscience』に掲載されたこの研究によると、腹筋が収縮する際、脊髄や脳につながる血管が圧迫される。その結果生じる圧力が、腹部と脊髄腔をつなぐ静脈ネットワークである「椎骨静脈叢（vertebral venous plexus）」を介して伝わり、頭蓋骨内での脳のわずかなシフトを引き起こすという。
工学、神経外科、生物学、生物医工学など多岐にわたる分野で教鞭をとるペンシルベニア州立大学のPatrick Drew教授は、このプロセスを腹筋がポンプの役割を果たす油圧システムに例えた。同教授は、立ち上がる前や一歩を踏み出す前に行う体幹の力みといった小さな動作であっても、この効果を生み出すには十分である可能性があると述べている。
チームはこの現象を観察するため、2光子顕微鏡およびマイクロコンピュータ断層撮影（マイクロCT）を用いて、マウスが動いている最中の様子を調査した。その結果、腹筋の収縮によって動きが開始される直前、つまりマウスが動く直前に脳が移動することが報告された。
腹圧そのものがこの効果を引き起こしているのかを検証するため、研究チームは麻酔をかけたマウスの腹部に、他の動作を伴わない状態で、穏やかで制御された圧力を加える実験を行った。その結果、同様に脳の動きが引き起こされ、圧力を解放すると脳が元の位置に戻り始めることが確認された。
「重要なのは、腹部への圧力が解放されるとすぐに脳が元の位置に戻り始めた点です」とDrew氏は述べた。
腹筋の収縮が脳の動きを促すことを確認した後、チームはコンピュータシミュレーションを用いて、その動きが脳脊髄液（CSF）の循環にどのような影響を与えるかを調査した。モデリング作業を主導した同大学のFrancesco Costanzo教授は、脳の構造をスポンジのように単純化することで問題を処理したと説明した。
「脳をスポンジに見立てるという考え方を維持し、さらにそれを汚れたスポンジとして考えてみました。汚れたスポンジをどう洗いますか？蛇口の下で絞りますよね」とCostanzo氏は語った。
研究チームは、シミュレーションの結果から、腹筋の収縮によって誘発される脳の動きが、脳内外の流体の循環を促進する可能性があると述べており、この動きは老廃物の除去に重要であると広く考えられている。Drew氏は、今回の発見は、睡眠に関連するプロセスやニューロンの減少といった変化が脳脊髄液の循環タイミングにどのように関与しているかを探るこれまでの研究を補完するものだと付け加えた。
著者らは、このメカニズムが人間にどのように適用されるかを判断するにはさらなる研究が必要であると注意を促している。しかし、今回の結果は日常的な身体活動が脳の健康に寄与し得るもっともらしい仕組みを提示していると論じている。
「私たちの研究は、わずかな動きであっても脳にとっては良い効果があり、運動が脳の健康に良いとされる理由の一つである可能性を示しています」とDrew氏は述べた。
