Eine neue Studie der Pennsylvania State University in den Vereinigten Staaten ergab, dass die Kontraktion der Bauchmuskulatur, die beim Menschen äußerst häufig vorkommt und sogar nicht wahrnehmbar ist, dem Gehirn dabei helfen kann, Abfallstoffe abzutransportieren, indem sie den Fluss der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit fördert und so eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gehirngesundheit spielt. Mithilfe von Mausexperimenten und Computermodellen berichtete das Forschungsteam in Nature Neuroscience über diesen möglichen Mechanismus und lieferte eine neue physikalische Erklärung dafür, „warum körperliche Aktivität gut für das Gehirn ist“.
Forscher wiesen darauf hin, dass, wenn sich die Bauchmuskeln anspannen, sie das venöse Netzwerk in der Bauchhöhle zusammendrücken, das mit dem Rückenmark und dem Gehirn verbunden ist, was einen Effekt erzeugt, der einem „hydraulischen System“ ähnelt. Dieser Druck wird entlang des Wirbelvenengeflechts nach oben geleitet, wodurch sich das Gehirn im Schädel leicht bewegt. Diese subtile Verschiebung scheint den Fluss der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit auf der Oberfläche des Gehirns und im inneren Raum zu fördern und dabei zu helfen, Stoffwechselabfälle zu entfernen, die die normale Gehirnfunktion beeinträchtigen können. Es wird angenommen, dass die Ansammlung dieser Abfälle in engem Zusammenhang mit verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit und der Parkinson-Krankheit steht.
Patrick Drew, korrespondierender Autor des Artikels und Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik, Neurochirurgie, Biologie und Biomedizintechnik an der Penn State University, sagte, dass frühere Studien gezeigt haben, dass Faktoren wie Schlaf und Neuronenverlust den Fluss der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit im Gehirn beeinflussen können, und diese Studie erklärt weiter, dass „einfache Bewegung des Körpers“ auch zu einem wichtigen physiologischen Mechanismus zur Förderung der Gehirngesundheit werden kann. Er vergleicht diesen Vorgang mit einem hydraulischen System, bei dem die Kontraktion der Bauchmuskulatur als „Pumpe“ fungiert. Bereits eine leichte vorbereitende Anspannung vor dem Aufstehen oder Gehen eines Schrittes reicht aus, um über das Venennetz Druck auf das Gehirn auszuüben, wodurch es zu kleinen Verschiebungen des Gehirns kommt und den Fluss der Liquor cerebrospinalis antreibt.
Um diesen Prozess direkt zu beobachten, verwendete das Forschungsteam zwei fortschrittliche bildgebende Verfahren bei Mäusen: Zwei-Photonen-Mikroskopie und Mikrocomputertomographie (microCT). Mithilfe der Zwei-Photonen-Mikroskopie, die unter lebenden Bedingungen hochauflösende Bilder erzeugen kann, erfassten die Forscher den Moment, in dem die Maus sich gerade bewegen wollte und gerade ihre Bauchmuskeln angespannt hatte, aber bevor sie tatsächlich einen Schritt machte, bewegte sich das Gehirn im Schädel leicht. Die Mikro-CT lieferte dem Team dreidimensionale Bilder innerer Strukturen, einschließlich der Wirbelsäule und des Venengeflechts, und half dabei, die mechanischen Verbindungen zwischen der Bauchhöhle und dem Gehirn aufzuklären.
Um zu bestätigen, dass die Gehirnverlagerung tatsächlich auf den Bauchdruck und nicht auf andere Bewegungsfaktoren zurückzuführen war, übten die Forscher einen kontrollierten äußeren Druck auf den Bauch leicht anästhesierter Mäuse aus, ohne eine aktive Bewegung auszulösen. Experimente zeigten, dass sich das Gehirn der Mäuse auch dann noch messbar bewegte, wenn der ausgeübte Druck niedriger war als der Druck, der bei menschlichen Armmanschetten bei routinemäßigen Blutdruckmessungen verwendet wird. Sobald der Bauchdruck nachlässt, kehrt das Gehirn schnell in seine Ausgangsposition zurück. Dies zeigt, dass Änderungen des Bauchdrucks die physische Position des Gehirns in der Schädelhöhle in sehr kurzer Zeit erheblich beeinflussen können.
Nachdem das Forschungsteam den Zusammenhang zwischen der Kontraktion der Bauchmuskulatur und der Gehirnbewegung festgestellt hatte, richtete es seine Aufmerksamkeit darauf, wie sich solche Verschiebungen auf den Liquorfluss auswirken. Mit der aktuellen Bildgebungstechnologie ist es immer noch schwierig, das schnelle und komplexe dreidimensionale Strömungsverhalten der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit unter lebenden Bedingungen vollständig zu erfassen. Daher griffen die Forscher auf Computersimulationen unter der Leitung von Francesco Costanzo, Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik, Biomedizintechnik, Maschinenbau und Mathematik, zurück, um ein physikalisches Modell zu erstellen.
Costanzo sagte, dass bei der Flüssigkeitsmodellierung im Zusammenhang mit dem Gehirn mehrere unabhängige und gekoppelte Bewegungen gleichzeitig verarbeitet werden müssen, sowie spezielle physikalische Phänomene, wenn Flüssigkeitspartikel durch die mehrschichtige Membranstruktur im Gehirn gelangen, was technisch sehr anspruchsvoll ist. Deshalb wählte das Team einen vereinfachten Ansatz: Es behandelte das Gehirn als poröses Medium mit einer schwammähnlichen Struktur – mit einem weichen „Skelett“, das es der Flüssigkeit ermöglicht, zwischen Poren und Falten in verschiedenen Größenordnungen zu wandern. In diesem Rahmen konnten die Forscher simulieren, wie Liquor cerebrospinalis durch verschiedene Räume fließt, wenn sich das Gehirn leicht bewegt, angetrieben durch den Bauchdruck, ähnlich wie Wasser, das durch einen Schwamm fließt, der kontinuierlich zusammengedrückt wird.
In Fortsetzung dieser Metapher nennt Costanzo das Gehirn eindringlich „einen schmutzigen Schwamm“. Im täglichen Leben drücken die Menschen normalerweise einen Schwamm unter den Wasserhahn, damit sauberes Wasser eindringen und Schmutz entfernen kann. Entsprechend dem Gehirn gleicht die durch die Kontraktion der Bauchmuskulatur verursachte leichte Verschiebung des Gehirngewebes einem zyklischen Zusammendrücken dieses „Schwamms“ und fördert den Fluss der Liquor cerebrospinalis auf seiner Oberfläche und im Innenraum und hilft so, Abfallstoffe zu entfernen. Simulationsergebnisse zeigen, dass diese Art von Bewegung tatsächlich die Durchblutung der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit und die Effizienz der Abfallbeseitigung auf makroskopischer Zeitskala verbessern dürfte.
Drew wies darauf hin, dass die aktuelle Forschung hauptsächlich auf Mausmodellen basiert und die Wirkungsweise und spezifischen Auswirkungen der damit verbundenen Mechanismen beim Menschen noch durch eine Vielzahl von Folgestudien bestätigt werden müssen. Bestehende Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass selbst gewöhnliche Alltagsbewegungen – wie die natürliche Anspannung von Rumpf und Bauch beim Gehen oder sogar eine leichte Anspannung zur Aufrechterhaltung der Körperstabilität – durch mechanische Kopplung stillschweigend die Zirkulation der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit fördern und so einen gewissen Schutz vor neurodegenerativen Erkrankungen im Zusammenhang mit der Ansammlung von Abfallstoffen bieten können. Er glaubt, dass dieses Ergebnis eine neue Erklärungsdimension für Bewegung zur Verbesserung der Gehirngesundheit bietet: Nicht nur die Verbesserung der Herz-Lungen-Funktion und der Stoffwechselindikatoren, sondern auch die direkte mechanische Verbindung zwischen Muskeln und Gehirn selbst könnte eine der Schlüsselverbindungen sein.
Die Forschungsarbeit trägt den Titel „Die Bewegung des Gehirns wird durch mechanische Kopplung mit dem Bauch angetrieben“ und wurde am 27. April 2026 in der Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht. Die Autoren der Arbeit kommen aus mehreren Labors und Forschungszentren an der Penn State, darunter dem Huck Institute for Life Sciences und dem Center for Quantitative Imaging. Mehrere Postdoktoranden, wissenschaftliche Mitarbeiter, Doktoranden und Studenten sind an Tierversuchen, Zwei-Photonen- und Mikro-CT-Bildgebung, mechanischer Modellierung und Datenanalyse beteiligt.
Diese Forschung wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health, des Pennsylvania Department of Health und der American Heart Association unterstützt. Das Forschungsteam stellte fest, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft möglicherweise in der Lage sein könnte, die Auswirkungen verschiedener Arten, Intensitäten und Häufigkeiten körperlicher Aktivität auf die Förderung der Zirkulation von Liquor cerebrospinalis und die Beschleunigung der Abfallbeseitigung genauer zu bewerten, wenn in Zukunft weitere Beweise beim Menschen die Bedeutung dieses „hydraulischen Weges zwischen Bauch und Gehirn“ bestätigen könnten, und so gezieltere Trainingsempfehlungen zur Vorbeugung von Krankheiten wie der Alzheimer-Krankheit und der Parkinson-Krankheit abgeben können. Bis dahin bietet diese Forschung den Menschen zumindest eine neue Perspektive: Die scheinbar unbedeutenden täglichen Aktivitäten und leichten Anstrengungen verrichten mit hoher Wahrscheinlichkeit still und leise eine unsichtbare „Reinigungsarbeit“ für unser Gehirn.