簡單腹肌收縮動作卻在“悄悄打掃”大腦 研究揭示身體運動與腦清除機制新聯系

美國賓夕法尼亞州立大學的一項最新研究發現，人類極其常見、甚至難以察覺的腹部肌肉收縮，可能通過促進腦脊液流動，幫助大腦清除廢物，從而在維護腦健康方面發揮重要作用。 研究團隊利用小鼠實驗和計算機模型，在《自然·神經科學》上報告了這一潛在機制，為“為什么身體活動有益大腦”提供了新的物理學解釋。

科研人員指出，當腹部肌肉收緊時，會擠壓腹腔內與脊髓和大腦相連的靜脈血管網絡，產生類似“液壓系統”的效應。 這一壓力沿著椎體靜脈叢向上傳導，使大腦在顱骨內發生輕微移動，而這種細微位移似乎能夠推動腦脊液在大腦表面及內部空間的流動，有助于帶走可能干擾正常腦功能的代謝廢物。 這些廢物的堆積被認為與阿爾茨海默病、帕金森病等多種神經退行性疾病密切相關。

論文通訊作者、賓州州立大學工程科學與力學、神經外科、生物學及生物醫學工程教授帕特里克·德魯（Patrick Drew）表示，此前研究已表明睡眠和神經元損失等因素會影響腦脊液在大腦中的流動，而這項研究進一步解釋了“僅僅是動一動身體”也可能成為促進腦健康的重要生理機制。 他將這一過程比作液壓系統，其中腹肌收縮充當“泵”的角色，即便是站起或邁步前那種輕微的預備性收緊，也足以通過靜脈網絡向腦部施加壓力，使大腦產生微小位移，并帶動腦脊液流動。

為直接觀測這一過程，研究團隊在小鼠身上使用了兩種先進成像技術：雙光子顯微鏡和微型計算機斷層掃描（microCT）。 雙光子顯微鏡可以在活體條件下高分辨率成像，研究人員借此在小鼠即將移動、剛剛收緊腹肌但尚未真正邁步的瞬間，捕捉到了大腦在顱骨中略微“挪動”的畫面。 微型 CT 則為團隊提供了包含脊柱和靜脈叢在內的三維內部結構圖像，幫助厘清腹腔與腦部之間的機械連接路徑。

為了確認大腦位移確實源自腹部壓力，而非其他運動因素，科研人員對輕度麻醉的小鼠腹部施加了可控外部壓力，而不引發任何主動運動。 實驗表明，即便施加的壓力低于人類在常規血壓測量中手臂袖帶的壓力水平，小鼠大腦仍然發生了可測量的位移。 一旦腹部壓力解除，大腦便迅速回到基線位置，這說明腹腔壓力變化可以在極短時間內顯著影響腦在顱腔中的物理位置。

在確立腹肌收縮與腦運動的聯系后，研究團隊將關注點轉向這類位移如何影響腦脊液流動。 當前成像技術尚難以在活體條件下完整捕捉腦脊液快速而復雜的三維流動行為，因此研究人員求助于計算機模擬，由工程科學與力學、生物醫學工程、機械工程及數學教授弗朗切斯科·科斯坦佐（Francesco Costanzo）牽頭建立物理模型。

科斯坦佐表示，在和大腦相關的流體建模中，必須同時處理多種彼此獨立又相互耦合的運動，以及流體顆粒穿越腦內多層膜結構時特殊的物理現象，這在技術上極具挑戰。 因此團隊采用了簡化方法：把大腦視為結構類似海綿的多孔介質——擁有柔軟“骨架”，同時允許液體在不同尺度的孔隙和褶皺間穿行。 在這一框架下，研究人員得以模擬大腦在腹壓驅動下輕微移動時，腦脊液如何在各個空間中流動，類似水流穿過一塊被不斷擠壓的海綿。

延續這一比喻，科斯坦佐把大腦形象地稱作“一塊臟海綿”。 在日常生活中，人們通常會在水龍頭下擠壓海綿，以讓清水滲入并帶走污物；對應到大腦，腹肌收縮引起的腦組織微小位移，就像對這塊“海綿”進行周期性擠壓，促進腦脊液在其表面和內部空間流動，從而幫助清除廢物。 模擬結果顯示，這種運動確實有望在宏觀時間尺度上改善腦脊液循環與廢物清除效率。

德魯指出，目前研究主要基于小鼠模型，相關機制在人類身上的作用方式和具體效果仍需大量后續研究加以證實。 不過現有發現已暗示，哪怕是再普通不過的日常動作——例如走路時自然產生的軀干和腹部收緊，甚至僅僅為了維持身體穩定而進行的輕微緊張——都可能在悄然間通過機械耦合作用推動腦脊液循環，進而對預防與廢物堆積相關的神經退行性疾病提供一定保護。 他認為，這一結果為運動改善腦健康提供了新的解釋維度：不僅僅是心肺功能和代謝指標的改善，肌肉與大腦之間的直接機械聯系本身，或許就是關鍵環節之一。

該研究論文題為《Brain motion is driven by mechanical coupling with the abdomen》（大腦運動由與腹部的機械耦合驅動），于 2026 年 4 月 27 日發表在《自然·神經科學》雜志上。 論文作者來自賓州州立大學多個實驗室和研究中心，包括生命科學哈克研究院以及定量成像中心等機構。 多名博士后研究員、研究助理、研究生與本科生參與了動物實驗、雙光子與微型 CT 成像、力學建模及數據分析等工作。

這項研究獲得了美國國立衛生研究院、賓夕法尼亞州衛生部門以及美國心臟協會等機構的資助支持。 研究團隊表示，如果未來在人類身上的進一步證據能夠確認這一“腹部—大腦液壓通路”的重要性，科學界或許能更精準地評估不同類型、強度和頻率的身體活動在促進腦脊液循環、加速廢物清除方面的效果，從而為預防阿爾茨海默病和帕金森病等疾病提出更具針對性的運動建議。 在此之前，這項研究至少為人們提供了一個新的視角：那些看似微不足道的日常活動和輕微用力，極有可能正在無聲無息地為我們的大腦進行一場隱形的“清潔工作”。