Gyrus w ludzkim mózgu utworzony w wyniku skupienia

Cechą ludzkiego mózgu fałdy i zwoje praktycznie nie występują w innych ssaków. Wyjątkiem są wieloryby, świń i niektóre naczelne. Taka struktura przypominająca pomarszczoną orzech, w embrionu ludzkiego zaczyna formować się w dwudziestym tygodniu ciąży, i kończy proces, gdy dziecko jest prawie pół roku.

Fizyka drukowany wzór ludzkiej embrionalnej mózgu 3D, a następnie dodaje się do warstwy o innych właściwościach
(Fot Mahadevan Lab / Harvard SEAS).

Dlaczego ludzki mózg potrzebują takich fałd? Naukowcy przypisują to z faktu, że organizm przystosował więc umieszczony w ograniczonej przestrzeni czaszki. Podobnie jak kwadratowa kartka papieru rozciąga się niewielki okrągły otwór, jeśli zgniotu go w piłkę. Tak więc, neurony w mózgu człowieka "zapakowane" bliżej siebie i uzyskać szybsze połączenie - potężny procesor w małej czaszce.

Ale, pomimo faktu, że naukowcy byli w stanie wyjaśnić, dlaczego potrzeba mózg fałdy i pozostaje tajemnicą, jaka jest natura ich powstawania, w jaki sposób zostały one utworzone.

W ciągu kilku minut, po zanurzeniu w rozpuszczalniku przejawia krętego struktury "skorupa", Tak jak w niniejszym mózgu płodu
(Fot Mahadevan Lab / Harvard SEAS).

"Istnieje kilka hipotez, ale problemem jest to, że są one trudne do zweryfikowania eksperymentalnie"- mówi Tuomas Tallinn (Tuomas Tallinen), fizyk fińskim Jyväskylä University.

Niektórzy sugerują, że fałdy rozwijać w wyniku procesów genetycznych, inni - na skutek biologiczny, a inni opierają się na procesach chemicznych. Ale co, jeśli są one spowodowane przez procesy fizyczne?

Założenie to postanowił przetestować zespół naukowców z Harvard University we współpracy z badaczami z Finlandii i Francji.

Fizycy drukowane mózgu embrionu ludzkiego w 3D. Jako podstawę wzięli skan mózgu płodu w 22. tygodniu rozwoju. Naukowcy powleczoną próbkę warstwę milimetr właściwości podobne do żelu elastomerowych kory lub szarej mózgu. Następnie model zanurza się w rozpuszczalniku organicznym, w którym ciało z powodu szybko spęcznia warstwę żelu.

Po 20-30 minutach po zanurzeniu w cieczy sztuczne mózgu przejawia meandrujący strukturę, jak w niniejszym szpiku ludzkiego zarodka w 34 tygodniu rozwoju. W ten sposób naukowcy symulowane szybki rozwój mózgu.

Stopień podobieństwa zaskoczyła naukowców. "Kiedy kładę model mózgu w rozpuszczalniku, wiedziałem, że oni się zmarszczki. Ale nigdy nie spodziewałem się go w stosunku do ludzkiego mózgu. On (próbka) wygląda jak prawdziwy mózg"- mówi jeden z autorów badania czerwca Yang Chun (cze Młody Chung).

"Zdaliśmy sobie sprawę, że możemy symulować fałdy skorupą, stosując zasadę fizyczną i uzyskać wynik podobny do mózgu zarodka"- szef badań Lakshminarayanan Mahadevan (Lakshminarayanan Mahadevan) z Uniwersytetu Harvarda.

Według niego, liczba, kształt, wielkość i położenie neuronów podczas rozwoju mózgu prowadzi do zwiększenia obszaru szarej materii w odniesieniu do istoty białej. "Takie proste ewolucyjne innowacje pozwala umieścić w małej ilości dużych rozmiarów kory mózgowej"- mówi naukowiec, dodając, że to jest główną przyczyną uzwojenia struktury mózgu.

Kilka innych ssaki mają również podobny serpentynach kształt mózgu, takie jak szympansy, delfinów, słoni i świń, ale ludzki mózg ma "pomarszczony" kształtować.

"Mózg jednej osoby może być różna od drugiej mózgu. Ale wszyscy muszą mieć takie duże fałdy, aby być zdrowym. Nasze badania pokazują, że uszkodzenie mózgu lub naruszenie jego wzrostu "geometria" Prowadzi to do tego, że prawdopodobnie, fałdy nie są utworzone w miejscu. I może to prowadzić do zaburzenia czynności mózgu"- Chun mówi.

Wypowiadając się na temat badań, Ellen Kuhl (Ellen Kuhl) z Wydziału Bioinżynierii Uniwersytetu Stanforda zauważa, że ​​odkrycia fizyki może być przełom w diagnostyce, leczeniu i profilaktyce wielu chorób neurologicznych. Wiedząc, jakie procesy wpływają na rozwój fałd i zwojach mózgu, możemy rozwijać lepsze traktowanie, powiedziała.

Wyniki prac fizyków zostały opublikowane w czasopiśmie Nature.