حرکت بدن چگونه به پاکسازی مغز کمک می‌کند

به گزارش «ساینس‌دیلی» (ScienceDaily)، دانشمندان دریافته‌اند که مغز از نظر فیزیکی پیوند نزدیک‌تری با بدن دارد تا آنچه پیش‌تر تصور می‌شد. در یافته‌هایی که در نشریه Nature Neuroscience منتشر شد، پژوهشگران با انجام آزمایش‌هایی روی موش‌ها و نیز بهره‌گیری از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، توضیحی احتمالی برای این موضوع ارائه کردند که چرا فعالیت بدنی می‌تواند از سلامت مغز حمایت کند.

این مطالعه نشان می‌دهد که هنگامی که عضلات شکمی منقبض می‌شوند، بر رگ‌های خونیِ متصل به نخاع و مغز فشار وارد می‌کنند. این فشار باعث می‌شود مغز اندکی درون جمجمه جابه‌جا شود. به نظر می‌رسد این حرکت ملایم به حرکت مایع مغزی–نخاعی در سراسر مغز کمک می‌کند؛ مایعی که می‌تواند مواد زائدی را که ممکن است در عملکرد طبیعی مغز اختلال ایجاد کنند، با خود حمل کرده و از مغز دور کند.

ارتباط مکانیکی بین حرکت و سلامت مغز

پاتریک درو، استاد مهندسی علوم و مکانیک، جراحی مغز و اعصاب، زیست‌شناسی و مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، می‌گوید این یافته‌ها بر پایه پژوهش‌های پیشین درباره تأثیر خواب و از دست رفتن نورون‌ها بر الگوی زمانی جریان مایع مغزی–نخاعی در مغز استوار است.

درو، نویسنده مسئول مقاله، می‌گوید: «پژوهش ما توضیح می‌دهد که چگونه حتی حرکت‌های ساده می‌توانند به‌عنوان یک سازوکار فیزیولوژیکی مهم در ارتقای سلامت مغز عمل کنند. در این مطالعه مشاهده کردیم که هنگامی که عضلات شکمی منقبض می‌شوند، خون را از ناحیه شکم به سمت ساختار‌های مرتبط با نخاع هدایت می‌کنند؛ مشابه عملکرد یک سامانه هیدرولیکی. این فرآیند موجب اعمال فشار به مغز و جابه‌جایی آن می‌شود. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که این جابه‌جایی ملایم مغز می‌تواند جریان مایع را در داخل و اطراف مغز به حرکت درآورد. تصور می‌شود حرکت مایع در مغز برای دفع مواد زائد و پیشگیری از اختلالات زوال عصبی اهمیت داشته باشد. یافته‌های ما نشان می‌دهد حتی مقدار اندکی حرکت نیز برای مغز مفید است و این می‌تواند یکی دیگر از دلایلی باشد که چرا فعالیت بدنی به سلامت مغز کمک می‌کند».

درو که معاون موسسه‌های علوم زیستی هاک (Huck Institutes of the Life Sciences) در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نیز هست، این فرایند را با یک سامانه هیدرولیکی مقایسه می‌کند. در این سامانه، عضلات شکمی نقش پمپ را ایفا می‌کنند. حتی حرکات کوچک؛ مانند منقبض کردن عضلات مرکزی بدن پیش از ایستادن یا برداشتن یک گام، می‌تواند این اثر را ایجاد کند. فشار از طریق شبکه وریدی مهره‌ای - مجموعه‌ای از سیاهرگ‌ها که شکم را به حفره نخاعی متصل می‌کنند - منتقل می‌شود و در نهایت به جابه‌جایی جزئی مغز منجر می‌شود.

تصویربرداری حرکت مغز ناشی از انقباض عضلات

برای مشاهده این فرآیند، پژوهشگران موش‌های در حال حرکت را با استفاده از دو روش پیشرفته تصویربرداری بررسی کردند: میکروسکوپی دو فوتونی تصاویری با جزئیات بالا از بافت زنده فراهم کرد و میکروتوموگرافی رایانه‌ای نما‌های سه‌بعدی با وضوح بالا از کل اندام‌ها ارائه داد.

آنها دریافتند مغز درست پیش از حرکت حیوان و بلافاصله پس از انقباض عضلات شکمی برای آغاز حرکت، جابه‌جا می‌شود.

برای اطمینان از اینکه فشار شکمی عامل اصلی است، پژوهشگران به شکم موش‌هایی که به طور خفیف بیهوش شده بودند، فشار ملایم و کنترل‌شده وارد کردند، بدون آنکه حرکت دیگری در بدن ایجاد شود. میزان این فشار حتی کمتر از فشاری بود که انسان هنگام اندازه‌گیری فشار خون تجربه می‌کند، با این حال همچنان موجب جابه‌جایی مغز شد.

درو می‌گوید: «نکته مهم این است که با برداشته شدن فشار شکمی، مغز بلافاصله شروع به بازگشت به موقعیت پایه خود می‌کند. این موضوع نشان می‌دهد که فشار شکمی می‌تواند به سرعت و به طور قابل توجهی موقعیت مغز را درون جمجمه تغییر دهد».

شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد مایع چگونه در مغز جریان می‌یابد

پس از تایید اینکه انقباض عضلات شکمی موجب جابه‌جایی مغز می‌شود، پژوهشگران به این پرسش پرداختند که این حرکت چگونه بر جریان مایع تاثیر می‌گذارد. در آن زمان، هیچ روش تصویربرداری قادر نبود رفتار سریع و پیچیده مایع مغزی–نخاعی را با جزئیات کامل ثبت کند.

درو می‌گوید: «خوشبختانه تیم میان‌رشته‌ای ما در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا توانست این روش‌ها را توسعه دهد؛ از جمله انجام تصویربرداری از موش‌های زنده و ایجاد شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای از حرکت مایع. این ترکیب تخصص‌ها برای درک چنین سامانه‌های پیچیده‌ای و نحوه تاثیر آنها بر سلامت بسیار ضروری است».

فرانچسکو کوستانتزو، استاد مهندسی علوم و مکانیک، مهندسی زیست‌پزشکی، مهندسی مکانیک و ریاضیات، هدایت بخش مدل‌سازی را بر عهده داشت.

او می‌گوید: «مدل‌سازی جریان مایع در داخل و اطراف مغز چالش‌های منحصربه‌فردی دارد؛ زیرا هم حرکات هم‌زمان و مستقل وجود دارند و هم حرکات وابسته به زمان که به یکدیگر مرتبط‌اند. در نظر گرفتن همه این عوامل مستلزم لحاظ کردن فیزیک ویژه‌ای است که هر بار یک ذره مایع از یکی از غشا‌های متعدد مغز عبور می‌کند رخ می‌دهد؛ بنابراین ما مدل را ساده‌سازی کردیم. مغز از نظر ساختاری شباهتی به اسفنج دارد؛ به این معنا که دارای یک چارچوب نرم است و مایع می‌تواند از میان آن عبور کند».

با در نظر گرفتن مغز به عنوان ساختاری اسفنج‌مانند، تیم پژوهشی توانست شبیه‌سازی کند که مایع چگونه در فضا‌هایی با اندازه‌های متفاوت - مشابه چین‌های مغز یا منافذ یک اسفنج - حرکت می‌کند.

کوستانتزو می‌افزاید: «در ادامه همین تشبیه، مغز را مانند یک اسفنج کثیف در نظر گرفتیم. چگونه یک اسفنج کثیف را تمیز می‌کنید؟ آن را زیر آب می‌گیرید و فشار می‌دهید. در شبیه‌سازی‌ها مشاهده کردیم که جابه‌جایی مغز ناشی از انقباض شکمی می‌تواند جریان مایع را بر سطح مغز افزایش دهد و به پاکسازی مواد زائد کمک کند».

پیامد‌ها برای سلامت مغز و پیشگیری از بیماری

درو تاکید می‌کند برای تعیین میزان کاربرد این یافته‌ها در انسان‌ها به پژوهش‌های بیشتری نیاز است. با این حال، نتایج نشان می‌دهد که حرکت‌های روزمره ممکن است به گردش مایع مغزی–نخاعی در مغز کمک کرده، به دفع مواد زائد یاری رسانده و احتمالا خطر بیماری‌های زوال عصبی مرتبط با تجمع مواد زائد را کاهش دهد.

او می‌گوید: «این نوع حرکت بسیار کوچک است؛ همان حرکتی که هنگام راه رفتن یا صرفا با منقبض کردن عضلات شکمی ایجاد می‌شود؛ کاری که در هر فعالیت بدنی انجام می‌دهیم. همین مقدار اندک می‌تواند تاثیر قابل توجهی بر سلامت مغز داشته باشد».