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研究證實了人類大腦如何折疊的簡單機械框架

實際上,大多數動物的大腦中都沒有人腦的獨特波谷。只有在少數物種中才能看到高度折疊的大腦,其中包括一些靈長類,海豚,大象和豬。在人類中,折疊在妊娠的第20周左右開始在胎兒的大腦中開始,并且僅在孩子大約一年半時才完成。

從進化的角度來看,為什么大腦被折疊起來很容易。折疊后的大腦很可能進化為適合大皮質的小體積,從而減少了接線長度并改善了認知功能。

鮮為人知的是大腦如何折疊。提出了幾種假設,但沒有一個直接用于做出可檢驗的預測。現在,哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院的研究人員與芬蘭和法國的科學家合作表明,盡管許多分子過程對于確定細胞事件很重要,但最終導致大腦折疊的是簡單的機械不穩定性與屈曲。

該研究發表在《自然物理學》上。

理解大腦如何折疊非常重要,因為它會為解鎖大腦的內部運作和解決與大腦有關的疾病奠定基礎,因為功能通常會隨之形成。

“我們發現,我們可以使用非常簡單的物理原理模擬皮層折疊,并獲得與實際胎兒大腦所見結果在質量上相似的結果,” Lola England de Valpine應用數學,生物和進化生物學教授L. Mahadevan說,和物理。

大腦發育過程中神經元細胞的數量,大小,形狀和位置都會導致相對于下層白質的灰質(稱為皮質)膨脹。這使皮質處于壓縮狀態,導致機械不穩定,從而導致皮質局部起皺。

瑪哈德文(Mahadevan)表示:“這項簡單的進化創新,包括迭代和變異,可以將薄而膨脹的皮層包裝成小體積,并且是導致大腦折疊的主要原因,被稱為回旋。”哈佛大學Wyss生物啟發工程研究所的研究員,卡波里生物技術研究所的成員。

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