3D-gedruckten Gel Falten fast genau wie ein echtes Baby menschliches Gehirn
Fetale Gehirn beginnen, um den Mittelpunkt des dritten Trimesters zu Falten, aber über den eigentlichen Prozess ist wenig bekannt. Ein neues Modell, auf dem ein großes Stück des Gels erfolgte in einem Flüssigkeitsbad Quellen zeigt, wie es überraschend detailgenau passiert.
Sehr wenige Tiere haben Gehirne, die Funktion dieser Mulden und Kuppen, einer ausgewählten Gruppe, die Menschen, enthält einige Primaten, Delfine, Elefanten und Schweine. Beim Menschen der Prozess beginnt etwa der 20. Woche der Schwangerschaft und in der Regel endet, wenn ein Kind über ein Jahr und eine Hälfte ist.
Der Grund für die Faltung ist, dass unser großen bauchigen Gehirn wahrscheinlich diese Kapazitäten musste, um unsere Schädel reinpassen, aber auch Reduzierung der Verkabelung Länge und Steigerung der kognitiven Funktionen zu entwickeln. Neurowissenschaftler haben einige grundlegende Ideen, wie das Gehirn Falten, aber keiner wirklich empirische Prüfung gerecht geworden. Eine neue Studie von Forschern der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences in Nature Physics veröffentlicht korrigiert diese Einschränkung.
Das letzte Gel Modell des fetalen Gehirns nach Eintauchen in Lösemittel. Über Mahadevan Lab/Harvard Meere
Um besser in den Griff auf kortikale Windungen zu erhalten, wie sie genannt werden, verwendet ein Team unter der Leitung von Biophysiker Julien Lefèvre und Lakshminarayanan Mahadevan Gehirn-Scans zur Erstellung eines 3D-gedruckten geschichteten Gel-Modells des entwickelnden, glatte, fetalen Gehirns. Um die Rinde zu imitieren, wurde auf dem Modell eine dünne Schicht aus Elastomer Gel beschichtet. Durch Eintauchen in ein Lösungsmittel, konnten die Forscher kortikalen Wachstum und die verräterische replizieren "eingeschränkt Expansion." In nur wenigen Minuten ergab das Experiment ein Gehirn, das bemerkenswert menschenähnliche sah.
"Wenn ich das Modell in das Lösungsmittel setze ich wusste, dass es zu Falten, aber ich nie erwarten, die Art der Muster im Vergleich zum menschlichen Gehirn schließen," stellte Studie Co-Autor Jun Young Chung in einer Pressemitteilung von Harvard. "Es sieht aus wie ein echtes Gehirn."
Die Forscher auch eine Computer-Simulation der Faltung Gehirn erstellt, und es funktionierte ziemlich genau die gleiche Weise.
Ein ähnlicher Prozess wahrscheinlich geschieht in der fetalen Gehirns. Wenn die Rinde wächst, kommt es zunehmend unter Druck. Die daraus resultierende Komprimierung führt zu eine mechanische Instabilität, die die legendären Falten verursacht. "Dieses einfache evolutionäre Innovation mit Wiederholungen und Variationen, ermöglicht eine dünne, aber expansive Kortex in ein kleines Volumen gepackt werden, und ist die dominierende Ursache hinter Gehirn Falten, bekannt als Gyrification,", sagte Mahadevan.
Neben neuen Aufschluss über die Entwicklung des fetalen Gehirns, könnte diese Linie der Forschung erklären, die Ursachen für bestimmte Erkrankungen des Gehirns.
"Gehirne sind nicht genau das gleiche von einem Menschen zum anderen, aber wir sollten alle haben die gleichen großen Falten um gesund zu sein", sagte Chung. "Unsere Untersuchungen zeigen, dass ein Teil des Gehirns nicht richtig wächst, ob die globale Geometrie gestört wird, wir die großen Falten an der richtigen Stelle möglicherweise nicht die mögliche Funktionsstörungen verursachen können."
[Nature Physics]
Bild oben: Mahadevan Lab/Harvard Meere