简单腹肌收缩动作却在“悄悄打扫”大脑 研究揭示身体运动与脑清除机制新联系

美国宾夕法尼亚州立大学的一项最新研究发现，人类极其常见、甚至难以察觉的腹部肌肉收缩，可能通过促进脑脊液流动，帮助大脑清除废物，从而在维护脑健康方面发挥重要作用。 研究团队利用小鼠实验和计算机模型，在《自然·神经科学》上报告了这一潜在机制，为“为什么身体活动有益大脑”提供了新的物理学解释。

科研人员指出，当腹部肌肉收紧时，会挤压腹腔内与脊髓和大脑相连的静脉血管网络，产生类似“液压系统”的效应。 这一压力沿着椎体静脉丛向上传导，使大脑在颅骨内发生轻微移动，而这种细微位移似乎能够推动脑脊液在大脑表面及内部空间的流动，有助于带走可能干扰正常脑功能的代谢废物。 这些废物的堆积被认为与阿尔茨海默病、帕金森病等多种神经退行性疾病密切相关。

论文通讯作者、宾州州立大学工程科学与力学、神经外科、生物学及生物医学工程教授帕特里克·德鲁（Patrick Drew）表示，此前研究已表明睡眠和神经元损失等因素会影响脑脊液在大脑中的流动，而这项研究进一步解释了“仅仅是动一动身体”也可能成为促进脑健康的重要生理机制。 他将这一过程比作液压系统，其中腹肌收缩充当“泵”的角色，即便是站起或迈步前那种轻微的预备性收紧，也足以通过静脉网络向脑部施加压力，使大脑产生微小位移，并带动脑脊液流动。

为直接观测这一过程，研究团队在小鼠身上使用了两种先进成像技术：双光子显微镜和微型计算机断层扫描（microCT）。 双光子显微镜可以在活体条件下高分辨率成像，研究人员借此在小鼠即将移动、刚刚收紧腹肌但尚未真正迈步的瞬间，捕捉到了大脑在颅骨中略微“挪动”的画面。 微型 CT 则为团队提供了包含脊柱和静脉丛在内的三维内部结构图像，帮助厘清腹腔与脑部之间的机械连接路径。

为了确认大脑位移确实源自腹部压力，而非其他运动因素，科研人员对轻度麻醉的小鼠腹部施加了可控外部压力，而不引发任何主动运动。 实验表明，即便施加的压力低于人类在常规血压测量中手臂袖带的压力水平，小鼠大脑仍然发生了可测量的位移。 一旦腹部压力解除，大脑便迅速回到基线位置，这说明腹腔压力变化可以在极短时间内显著影响脑在颅腔中的物理位置。

在确立腹肌收缩与脑运动的联系后，研究团队将关注点转向这类位移如何影响脑脊液流动。 当前成像技术尚难以在活体条件下完整捕捉脑脊液快速而复杂的三维流动行为，因此研究人员求助于计算机模拟，由工程科学与力学、生物医学工程、机械工程及数学教授弗朗切斯科·科斯坦佐（Francesco Costanzo）牵头建立物理模型。

科斯坦佐表示，在和大脑相关的流体建模中，必须同时处理多种彼此独立又相互耦合的运动，以及流体颗粒穿越脑内多层膜结构时特殊的物理现象，这在技术上极具挑战。 因此团队采用了简化方法：把大脑视为结构类似海绵的多孔介质——拥有柔软“骨架”，同时允许液体在不同尺度的孔隙和褶皱间穿行。 在这一框架下，研究人员得以模拟大脑在腹压驱动下轻微移动时，脑脊液如何在各个空间中流动，类似水流穿过一块被不断挤压的海绵。

延续这一比喻，科斯坦佐把大脑形象地称作“一块脏海绵”。 在日常生活中，人们通常会在水龙头下挤压海绵，以让清水渗入并带走污物；对应到大脑，腹肌收缩引起的脑组织微小位移，就像对这块“海绵”进行周期性挤压，促进脑脊液在其表面和内部空间流动，从而帮助清除废物。 模拟结果显示，这种运动确实有望在宏观时间尺度上改善脑脊液循环与废物清除效率。

德鲁指出，目前研究主要基于小鼠模型，相关机制在人类身上的作用方式和具体效果仍需大量后续研究加以证实。 不过现有发现已暗示，哪怕是再普通不过的日常动作——例如走路时自然产生的躯干和腹部收紧，甚至仅仅为了维持身体稳定而进行的轻微紧张——都可能在悄然间通过机械耦合作用推动脑脊液循环，进而对预防与废物堆积相关的神经退行性疾病提供一定保护。 他认为，这一结果为运动改善脑健康提供了新的解释维度：不仅仅是心肺功能和代谢指标的改善，肌肉与大脑之间的直接机械联系本身，或许就是关键环节之一。

该研究论文题为《Brain motion is driven by mechanical coupling with the abdomen》（大脑运动由与腹部的机械耦合驱动），于 2026 年 4 月 27 日发表在《自然·神经科学》杂志上。 论文作者来自宾州州立大学多个实验室和研究中心，包括生命科学哈克研究院以及定量成像中心等机构。 多名博士后研究员、研究助理、研究生与本科生参与了动物实验、双光子与微型 CT 成像、力学建模及数据分析等工作。

这项研究获得了美国国立卫生研究院、宾夕法尼亚州卫生部门以及美国心脏协会等机构的资助支持。 研究团队表示，如果未来在人类身上的进一步证据能够确认这一“腹部—大脑液压通路”的重要性，科学界或许能更精准地评估不同类型、强度和频率的身体活动在促进脑脊液循环、加速废物清除方面的效果，从而为预防阿尔茨海默病和帕金森病等疾病提出更具针对性的运动建议。 在此之前，这项研究至少为人们提供了一个新的视角：那些看似微不足道的日常活动和轻微用力，极有可能正在无声无息地为我们的大脑进行一场隐形的“清洁工作”。