ペンシルベニア大学などの研究チームは、覚醒中のマウスの脳が腹部との機械的な結合によって動いていることを明らかにした研究を、科学誌Nature Neuroscienceに発表した。従来、脳は硬い頭蓋骨に物理的に守られ、外部から隔離されていると考えられてきたが、実際には頭蓋骨の内部でわずかに動いているという。
マウスの脳は歩行に合わせて動く
研究チームは、特殊な顕微鏡を使って、トレッドミル上を歩く覚醒状態のマウスの脳を観察した。その結果、脳は歩行に合わせて前方や外側に向かって数十マイクロメートルほど動いていることが判明した。これまで、睡眠中の脳の動きは心拍や呼吸に連動しているとされていたが、覚醒中のマウスではそれらとの関連は見られず、歩くなどの自発的な運動と強く結びついていることがわかった。
さらに詳しく調べると、脳の動きはマウスが実際に歩き出すよりもわずかに早く始まっていることが判明。先行する動きの正体は、動作の前に体幹を安定させるための腹部の収縮だった。
腹部の圧力が脳脊髄液を押し上げる仕組み
マウスの血管を詳細に解析すると、腹部と脊柱管（背骨の中の空間）をつなぐ静脈のネットワークが存在することが確認された。お腹に力が入ると、この静脈網を通じて血液が脊柱管のすき間へと押し込まれ、いわゆる脈圧ポンプのように機能して脊柱管の中の液体を頭の方向へ押し上げる。その圧力の伝達が、結果として脳を物理的に動かしていた。
実際、麻酔をかけたマウスのお腹を外から人為的に圧迫しただけでも、同じように脳が動くことが実証されている。脳の動きの振幅は、雄マウスよりも雌マウスの方が大きかった。
脳内の老廃物除去システムとの関連
では、運動や腹部の圧力によって脳が動くことには、どのような生理学的な意味があるのだろうか。研究チームがシミュレーションを行ったところ、腹圧に由来するこの脳の動きが、脳内の間質液を脳の外側へと押し出すポンプとして働く可能性が示唆された。
睡眠中には、脳の外から内へと液体が流れ込んで老廃物を洗い流すシステム（グリンパティック系）が働くことが知られているが、今回の結果は、覚醒時に身体を動かすことによって逆の「脳の中から外へ」という液体の流れが生み出されていることを示唆している。
この発見は、睡眠中と覚醒時の両方で脳の老廃物除去が効率的に行われるメカニズムの一端を明らかにするものであり、認知症などの神経変性疾患の理解や治療法の開発につながる可能性がある。
