Gehirn wie ein Schwamm: Warum Bauchmuskeltraining die „Spülmaschine“ im Kopf aktiviert

Bewegung gilt seit Langem als wichtiger Baustein für körperliche Gesundheit. Eine neue Studie aus den USA zeigt nun, dass körperliche Aktivität offenbar auch direkte mechanische Auswirkungen auf das Gehirn hat. Forschende der Penn State University konnten nachweisen, dass das Anspannen der Bauchmuskeln Bewegungen im Gehirn auslöst – ein Prozess, der möglicherweise dabei hilft, schädliche Abfallstoffe aus dem Denkorgan zu entfernen.

Wie sich das Gehirn durch Muskelbewegungen verschiebt

In der Neurowissenschaft werden häufig Bilder und Metaphern genutzt, um komplexe Prozesse verständlich zu machen. Das Gehirn wurde etwa bereits als „Flaschenhals“ für Multitasking beschrieben oder als eine Art „Spülmaschine“, die während des Schlafs Stoffwechselabfälle beseitigt.

Die Forschenden aus den USA greifen nun ein weiteres Bild auf: das Gehirn als Schwamm. Gemeint ist dabei nicht die Fähigkeit, Wissen aufzunehmen, sondern die besondere Struktur des Gehirngewebes. Dieses reagiert offenbar unmittelbar auf Druck und Bewegungen aus anderen Körperregionen.

Für die in Nature Neuroscience veröffentlichte Untersuchung analysierte das Team die Gehirne von 24 Mäusen mithilfe der sogenannten Zwei-Photonen-Mikroskopie. Diese Methode ermöglicht hochauflösende Aufnahmen lebender Gewebe.

Während die Tiere mit fixiertem Kopf auf einem Laufband liefen, zeichneten implantierte Elektroden die Aktivität der Bauchmuskulatur auf. Die Ergebnisse zeigten: Sobald sich die Bauchmuskeln anspannten, verschob sich das Gehirn messbar. Dabei bewegte es sich sowohl seitlich als auch nach vorne in Richtung Nase.

Druck aus dem Bauch wirkt bis ins Gehirn

Besonders auffällig war laut den Forschenden, dass das Gehirn unmittelbar nach dem Nachlassen des Drucks wieder in seine ursprüngliche Position zurückkehrte.

„Entscheidend ist, dass das Gehirn sofort wieder seine Ausgangsposition einnahm, nachdem der Druck im Bauchraum nachließ“, erklärte Patrick Drew, Mitautor der Studie und Professor für Ingenieurwissenschaften, Mechanik und Neurochirurgie, in einer Mitteilung der Universität.

Um die Ergebnisse zu überprüfen, führten die Forschenden weitere Tests mit narkotisierten Mäusen durch. Auch hier führte äußerer Druck auf den Bauch zu einer Bewegung des Gehirns.

Zusätzliche CT-Aufnahmen machten die dreidimensionalen Strukturen sichtbar, die Bauchraum, Rückenmark und Gehirn verbinden. Dabei identifizierte das Team ein Netzwerk von Venen, das wie eine Art Pumpe funktioniert. Über diese Gefäße wird der durch Muskelkontraktionen entstehende Druck bis ins Gehirn weitergeleitet.

Da Mäuse wie Menschen zu den Säugetieren gehören, gehen die Forschenden davon aus, dass ähnliche Mechanismen auch beim Menschen eine Rolle spielen könnten.

Warum das Gehirn mit einer „Spülmaschine“ verglichen wird

„Das Gehirn besitzt eine schwammartige Struktur, durch die Flüssigkeit zirkulieren kann“, erklärt Studienleiter Francesco Costanzo, ebenfalls Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik.

Im Mittelpunkt steht dabei das sogenannte glymphatische System – ein Netzwerk von Kanälen im Gehirn, das mit Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit, dem Liquor, gefüllt ist. Dieses System gilt als eine Art Reinigungseinheit des Gehirns.

Frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass der Körper insbesondere während des Schlafs Stoffwechselabfälle aus dem Gehirn entfernt. Dieser nächtliche „Reinigungsprozess“ wird mit einem geringeren Risiko für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer-Krankheit oder Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht.

Die Forschenden verglichen das Gehirn deshalb mit einem verschmutzten Schwamm, während der Liquor wie ein Reinigungsmittel wirkt, das Schadstoffe ausspült.

Bewegung könnte die Gehirnreinigung unterstützen

Mithilfe von Computersimulationen untersuchte das Team anschließend, welche Folgen die kleinen, schnellen Gehirnbewegungen durch die Bauchmuskelkontraktionen haben könnten.

Die Modelle deuteten darauf hin, dass diese Bewegungen ausreichen, um die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit durch das schwammartige Gewebe zu drücken. Die Flüssigkeit gelangt dabei in den sogenannten Subarachnoidalraum – einen Bereich zwischen Gehirn und Schädel.

Genau dieser Flüssigkeitsaustausch könnte laut den Forschenden positive Effekte auf die Gehirngesundheit haben. Denn durch die verstärkte Bewegung des Liquors könnten Abfallstoffe effizienter abtransportiert werden.

„Unsere Forschung erklärt, wie selbst einfache Bewegungen als wichtiger physiologischer Mechanismus zur Förderung der Gehirngesundheit dienen könnten“, fasst Mitautor Drew die Ergebnisse zusammen.

Die Studie liefert damit eine weitere wissenschaftliche Erklärung dafür, warum regelmäßige körperliche Aktivität nicht nur Herz, Kreislauf und Muskulatur stärkt, sondern möglicherweise auch dazu beiträgt, das Gehirn langfristig leistungsfähig zu halten.