@ 2016.02.04 , 20:00

3D打印展示胎儿大脑发育过程

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胎儿的大脑在晚期妊娠是开始围绕中央形成沟回,但是实际形成的过程人们却知之甚少。这个用一团凝胶制成的模型放入液池中,就会准确地呈现这个过程。

只有很少一些的动物的大脑有着这样的槽沟和波峰,包括人类,一些灵长类动物,海豚,大象和猪。在人身上,这些过程这个过程在妊娠的第20周

形成沟回的原因是我们球形的大脑需要长出这样才能跟头盖骨相配,同时可以减少神经布线长度,增强认知功能。神经科学家已经有一些关于大脑沟回如何形成的基本观点,但是没有一种经得起实证观察的考验。哈佛大学工程和应用科技学院的研究者们最近发表在《自然》上的研究则解除了这种限制。

为了更好理解科学家们所说的“皮质回旋”, Julien Lefèvre和Lakshminarayanan Mahadevan领导的团队通过扫描大脑制造了一个3D打印的凝胶模型来演示胎儿大脑的发育。为了模拟皮质,模型上覆盖了一层很薄的弹性凝胶。把它浸入溶剂之中,研究者们可以复制皮质增长的过程和“约束扩张”。仅仅在几分钟内,实验就收获了一个跟人脑极为相似的大脑。

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研究合著者Jun Young Chung在新闻发布会中说:“当我们把模型放入溶剂,我知道会产生褶皱,但是我们没料到会产生跟人脑如此接近的纹路。看起来就跟真的大脑一样。”

研究者们同样制作了一个大脑形成沟回的计算机模拟,看起来也是一样的。

同样的过程在胎儿的大脑中也会发生,随着皮质生长,它承受的压力也更大。不断的压缩会导致机械不稳定,于是就产生了褶皱。Mahadevan说:“这种简单的演化革新,不停迭代变更,最终让纤薄而有张力的皮质被压缩成较小的体积,这也就是大脑沟回形成的原因。”

除了给胎儿大脑发育问题打开新思路,这个研究还可以解释一些脑失调的原因。

Chung说:“人跟人的大脑是不同的,但是健康人的沟回大致是差不多的。我们的研究显示如果大脑的某一部分不能适当生长,或者几何结构不对,在那个地方就没有沟回,这就会导致潜在的功能紊乱。”

本文译自 sciencealert,由译者 许叔 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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