腦褶皺形成緣于腦皮層變形不穩定
- 發佈時間：2016-02-23 01:30:51 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京2月22日電 （記者常麗君）人腦有明顯的丘峰和溝谷，從進化角度很容易解釋，但人們卻很難理解大腦褶皺的形成細節。據美國哈佛大學網站消息，該校研究人員與芬蘭和法國科學家合作，證明了雖然細胞許多分子過程很重要，但最終導致腦褶皺形成的是腦皮層變形的力學不穩定性機制。
從進化角度説，人腦褶皺之所以這樣，是要在小空間裏裝下更大的腦皮層，減少神經元分支長度，提高認知功能。人類在懷孕20周左右，胎兒腦就開始出現褶皺，直到出生一年半左右，腦褶皺才算完成。哈佛大學鮑爾森工程與應用科學學院應用數學教授L·瑪哈德文以往研究發現，在腦發育期間，腦皮層相對於下面白質的擴張會帶來壓力，産生力學不穩定性，這種不穩定使其形成了局部褶皺。
研究人員發表《自然·物理學》雜誌上的論文稱，他們用人類胎兒的腦數據檢驗了上述理論。按照3D磁共振圖像，他們通過3D列印製作了一個光滑的胎兒腦的三維膠體模型，在其表面涂了一層薄薄的彈力膠，模倣腦皮層，然後把膠體腦浸入一種能被外層膠吸收的溶液，使外層相對於內部發生腫脹，模擬腦皮層擴張，在幾分鐘內，壓力就使膠體腦形成了褶皺，且褶皺大小和形狀都很像一個真實的腦。
擴張的相似性讓研究人員也感到吃驚。“當我把模型放到溶液裏時，我知道會産生褶皺，但沒想到會如此近似。看起來就像一個真實的腦。”論文共同作者、博士後研究員鄭君永説，“人腦的形狀為褶皺方向提供了參照。我們的模型在形狀和曲率上與人腦相同，因此形成的褶皺與真實的胎兒腦看起來非常符合。”
功能通常與結構有關，因此理解了大腦褶皺怎樣形成，有助於揭示腦的內部工作原理，闡明與腦有關的疾病。鄭君永還指出，人和人的腦並不完全一樣，但作為健康人，主要褶皺應該都一樣。如果一部分腦發育得不對，或整個腦形狀被擾亂，可能無法在正確位置形成主要褶皺，導致腦功能障礙。
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