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研究证实了人类大脑如何折叠的简单机械框架

实际上,大多数动物的大脑中都没有人脑的独特波谷。只有在少数物种中才能看到高度折叠的大脑,其中包括一些灵长类,海豚,大象和猪。在人类中,折叠在妊娠的第20周左右开始在胎儿的大脑中开始,并且仅在孩子大约一年半时才完成。

从进化的角度来看,为什么大脑被折叠起来很容易。折叠后的大脑很可能进化为适合大皮质的小体积,从而减少了接线长度并改善了认知功能。

鲜为人知的是大脑如何折叠。提出了几种假设,但没有一个直接用于做出可检验的预测。现在,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的研究人员与芬兰和法国的科学家合作表明,尽管许多分子过程对于确定细胞事件很重要,但最终导致大脑折叠的是简单的机械不稳定性与屈曲。

该研究发表在《自然物理学》上。

理解大脑如何折叠非常重要,因为它会为解锁大脑的内部运作和解决与大脑有关的疾病奠定基础,因为功能通常会随之形成。

“我们发现,我们可以使用非常简单的物理原理模拟皮层折叠,并获得与实际胎儿大脑所见结果在质量上相似的结果,” Lola England de Valpine应用数学,生物和进化生物学教授L. Mahadevan说,和物理。

大脑发育过程中神经元细胞的数量,大小,形状和位置都会导致相对于下层白质的灰质(称为皮质)膨胀。这使皮质处于压缩状态,导致机械不稳定,从而导致皮质局部起皱。

玛哈德文(Mahadevan)表示:“这项简单的进化创新,包括迭代和变异,可以将薄而膨胀的皮层包装成小体积,并且是导致大脑折叠的主要原因,被称为回旋。”哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的研究员,卡波里生物技术研究所的成员。

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