科學家使用3D技術複製了褶皺狀的人類大腦!

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目前關於大腦的褶皺的形成有各種不同的假說,但是過去卻沒有任何假說可以被檢驗和預估。如今有一個由哈佛大學教授L. Mahadevan領導的科學家團隊,他們向世人展示許多分子過程在決定細胞活動中裡扮演了很重要的角色。而最終是因為物理上的彎曲變形跟不穩定而導致大腦產生褶皺。

人類大腦皮層因為在發展中的快速成長而使得大腦摺疊成高度曲折的結構。

之前也有數個研究著重在“影響皮質成長的基因以及細胞的生長法則,但是要理解腦渠和腦迴曲折構造的形成之前,還得考慮成長中的大腦的幾何與物理形狀”

Mahadevan教授以及他來自美國法國還有芬蘭的同事們為了研究這個現象,便以核磁共振成像製作了一個3D平滑的胎兒凝膠模型。周一將論文發表到著名的 期刊 Nature Physics,資深的論文作者Mahadevan教授解釋說:「我們發現我們可以使用簡單的物理定理來模仿皮質的褶皺,並且得到品質上類似我們在真正的胎兒大腦上所看到的情形。」

這個模型表面被上了一層彈性的凝膠,當作皮層的替代品。

為了模仿大腦皮質的伸展,這個凝膠大腦完全被浸泡在外層的溶液裡,導致皮質膨脹的比更深的區域還相對大。在浸泡在液體溶液裡面,最後的壓縮導致摺曲形成後在尺寸以及形狀都類似真的大腦。這個類似大腦的皮質延伸連科學家都感到驚奇。

另外一位同樣來自哈佛大學的作者Jun Young Chung博士說:「當我把這個大腦模型放入溶液當中,我知道這個現象應該會發生,但我卻從未預期到會如此的與人類大腦如此接近。」

Chung博士說道:「因為大腦的幾何形狀能夠引導摺曲生長的方向所以十分的重要。我們的模型與人類大腦有相同大的尺寸以及幾何形狀曲線,讓這些摺曲彎折並且看起來與人類胎兒大腦非常相符。」

而在模型凝膠大腦的最大皺褶無論在形狀尺寸還有方向都與胎兒大腦類似,並且可以在其他的實驗中再現。

最小的皺褶無法留存,在人類大腦也反映出類似的變化。

Dr. Chung解釋:「人類的大腦在個體之間還是存在著些許的差異,然而為了健康,我們所擁有的主要褶皺還是全然一樣的。」

「我們的研究指出假如大腦的某一部分發育的不是很理想,或是整體的幾何形狀很混亂,也許主要的褶皺就不會在正確的位置發育,並可能會導致大腦的某些功能發生機能不全的問題。」

來源: Sci News