大脑的奇特褶皱要归功于基础物理学

人类大脑以其标志性的褶皱而闻名，褶皱以盘旋的图案弯曲进出。这种折叠使我们能够将相当大的大脑塞进头骨内，并缩短了大脑内传递信息的神经元和电路之间的距离。但到目前为止，这种折叠是如何发生的还不容易解释。现在，一组研究人员使用胎儿大脑的 3D 打印凝胶模型表明，简单的物理力量会导致大脑拉伸和折叠成其标志性的路线图状曲线。他们的研究成果本周发表在《自然物理学》杂志上。

早在 1975 年，科学家就推测我们的大脑之所以形成，并非因为生化反应（另一种理论），而只是受物理定律影响。但当时他们无法找到合适的实验来证明他们的理论。现在，一组研究人员想出了一个有趣的实验来展示其中的作用力。

首先，他们创建了一个 3D 打印的凝胶模型，用于模拟胎儿大脑的平滑结构（折叠之前）。该模型由两层凝胶组成；内层模拟白质，外层弹性凝胶覆盖内层，充当外层皮质灰质。这两层一起模拟大脑的生长。将模型放入溶液中后，胎儿凝胶大脑很快形成了特征性褶皱，正如研究人员所怀疑的那样。随着不同凝胶层膨胀，即使只是轻微膨胀，它们也会产生压缩力，迫使外层缩回。

研究人员还创建了一个计算机模拟，模拟大脑中正在发生的作用力。他们写道，这很可能也是大脑中正在发生的事情。随着大脑皮层（小脑的外层）开始扩张，它承​​受着巨大的压力。这种压力使大脑在机械上不稳定，迫使外层折叠，产生褶皱。

研究人员表示，这一理论不仅有助于我们更好地理解大脑发育，还能帮助我们了解大脑发育如何出错并导致某些类型的大脑疾病。“每个人的大脑并不完全相同，但为了健康，我们都应该拥有相同的主要褶皱，”哈佛大学工程学教授、论文合著者 Jun Young Chung 在新闻稿中表示。“我们的研究表明，如果大脑的某个部分不能正常生长，或者整体几何结构被打乱，我们的主要褶皱可能无法位于正确的位置，这可能会导致大脑功能障碍。”