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惊悚向3D打印!详细展示胎儿大脑发育过程

2016-02-06 11:26
吃瓜天狼
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  想必我们对大脑的样子并不陌生。一层层的褶皱口感独特,是僵尸的最爱(误)。

  科学家认为褶皱形式使得大表面积的大脑皮层能容纳进我们的头盖骨里——这样就减少了神经布线长度还能改善认知功能——但是大脑如何最终形成了这样的复杂形状?

  哈佛大学的研究员用3D打印造出一个层状的大脑模型。这个模型模拟了实际中大脑皮层的褶皱方式。借此,研究员们离大脑皮层复杂形状的形成过程的真相近了一步。

  人类大脑褶皱的形成开始于怀孕20周时,之后这个过程会持续到小孩差不多18个月大的时候。

  褶皱随着大脑的生长而产生,同时,神经元细胞数量、大小、形状、位置都促成皮层的扩张——皮层也叫灰质——相对于其下方的白质而言。

  为了用人造的大脑来模拟折叠的过程,科学家们获取了人类胎儿的MRI(核磁共振成像)图像。拥有数据后,他们3D打印出一个胶质的光滑没有褶皱的胎儿大脑模型(代表实际中褶皱产生前的大脑)。

  然后在模型表面涂上一层薄薄的弹性胶体(代表人造大脑皮层)。为了复制皮层扩张的自然过程,胶质大脑被浸泡在一种溶剂中,这样就能使大脑的外层膨胀。

  只需要几分钟——这里的见到的GIF图是加速了的——人造大脑的外层就模拟出了实际中的大脑褶皱的形成。

  参与实验的某个研究员说:“我们发现,一条非常简单的物理法则就能模拟出皮层褶皱现象,而且从定性的角度来看,模拟出的结果跟我们对实际的胎儿大脑的观察相似。伴随着迭代和变异的简单渐进式变化,使得扩张的薄皮层塞进了一个小体积的容器内,并且它是大脑褶皱(也就是我们所知的脑回)形成的主导因素。”

  根据研究人员的说法,皮层扩张导致的褶皱的形状和位置对健康来说非常关键,因为大脑的形态跟它的功能相关。

  参与实验的一个研究员钟俊阳说:“大脑的几何结构真的非常重要,因为它帮助确定褶皱的形成方向。每个人的大脑并不完全一样,但我们都得拥有相同的主要褶皱来做一个健康的人。”

  这些在Nature Physics(自然物理学)上被报道的发现能帮助科学家更好地理解大脑的表面形状跟大脑的内部工作方式的关系。

  钟俊阳说:“我们的研究表明如果大脑的一部分生长不合理,或者整体的几何结构被打乱了,那么主要的褶皱可能就不会待在正确的位置,这样就会导致潜在的机能障碍。”

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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