Menschliche Gehirn Falten Bizarre Muster neu erstellt in einem Bottich

Wissenschaftler haben entdeckt, genau wie das menschliche Gehirn seine faltige, runzlige Aussehen im Mutterleib bekommt.

Es stellt sich heraus, dass die gewaltige Explosion die Zahl der Gehirnzellen in das Gehirn äußere Schicht, genannt den Kortex,, dass Ebene anschwellen und dann zusammenbrechen erzwingt sich selbst um die charakteristischen Falten zu bilden. Diese kortikalen Origami – die auch in einer Handvoll anderer gescheit Arten, wie Delphine und einige Primaten entwickelt hat – möglicherweise Naturs Weg zur Lösung des Problems der engen Verpackung.

"Dieses einfache evolutionäre Innovation mit Wiederholungen und Variationen, ermöglicht eine große Kortex in ein kleines Volumen gepackt werden und ist wahrscheinlich die dominierende Ursache hinter Gehirn Falten, bekannt als Gyrification,", sagte Co-Studienautor L. Mahadevan, ein angewandter Mathematiker an der Harvard University. [Video: das Gehirn in einem Bottich seine Falten bekommen zu sehen]

Vollgepackt mit Gehirnzellen

Die äußere Oberfläche des menschlichen Gehirns ist eine Masse von geschwungenen Ausbuchtungen und Risse, bekannt als Windungen und Furchen, alle der grauen Substanz. Dieser graue Substanz sitzt unterhalb der weißen Substanz, das Bündel von Nervenfasern, die senden und empfangen von Signalen zwischen dem Gehirn und dem Rest des Körpers. Wissenschaftler haben lange vermutet, dass diese faltige Gehirn-Oberfläche entwickelt, um viele weitere Gehirn squish Zellen oder Neuronen in den relativ kleinen Raum des Gehirns.

Aber genau wie die Gehirn Falten geheimnisvoller geblieben. Mahadevan und seine Kollegen hatten das Gefühl, dass einfache mechanische Eigenschaften des Gehirngewebes dazu beigetragen, um den Effekt zu erzeugen. Gray Matter ist an seiner Basis in der weißen Substanz angebracht, und beide haben ähnliche Steifigkeit. Aber während der kortikalen Ausbau der grauen Substanz wächst schnell, sogar noch mechanisch an der weißen Substanz gebunden. In einer Studie 2014 zeigten die Forscher, dass die Kompression von den gequetscht Neuronen verursacht Beulen, zwingt das Gewebe in sich zusammenbrechen und die charakteristischen Falten bilden. Er ableiten, dass nur zwei Parameter – das Gehirn die Wachstumsrate und die Größe des Gehirns – könnte dazu beitragen, die Art der Faltung Muster erklären, die entstanden. Das Team hat auch eine Mock-up mit zwei einfachen Gehirnhälften.

In der neuen Studie beschlossen die Forscher, ihre Theorie in einem Gel-Replikat zu prüfen, dass mehr Anatomie des menschlichen Gehirns präzise wiedergegeben. Im Mutterleib das Gehirn eines Fötus beginnt glatt, aber zwischen 14 Wochen und 26 Wochen der Schwangerschaft, der fetalen Gehirns Falten und Kurven in einer vorhersagbaren Reihenfolge aus einer Hirnregion zum nächsten 1997 Studie in der Zeitschrift Ultraschall in Gynäkologie und Geburtshilfe gefunden.

Um diesen Prozess zu erstellen, das Team Magnetresonanz-Bildgebung (MRI) Bilder des fetalen Gehirns werden erfasst und diese Bilder eine anatomisch korrekte Gel Rekonstruktion der die Entwicklung des menschlichen Gehirns zu machen.

Das Team beschichtet, die äußere Schicht des mock Gehirn mit einem dehnbaren Elastomer Gel, die kortikale Schicht zu imitieren. Sie platziert diese fetalen Gehirns Replik in einem Bottich von Lösungsmittel.

Das Gehirn schnell aufgesogen das Lösungsmittel, und seine äußere Schicht mit Positionsnummern versehen nach außen schneller als seine innere Schicht. Diese ungleichmäßige Schwellung verursacht Kompression und Beulen, und innerhalb weniger Minuten hatte das Team die Windungen und Furchen des Gehirns nachempfunden. Was mehr ist, die Bildung Muster war erschreckend ähnlich wie in realen Gehirnen, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Physics (1. Februar) heute.

"Wenn ich das Modell in das Lösungsmittel, ich wusste es soll Falten, aber ich hätte nie erwartet diese Art von engen Muster im Vergleich zu [das] menschliche Gehirn", sagte Studie Co-Autor Jun Young Chung, ein Forscher in der Harvard University School of Engineering and Applied Sciences. "Es sieht aus wie ein echtes Gehirn."

Interessanterweise zeigte das Team auch, dass die Größe, Form und Ausrichtung der größten Falten waren sehr zuverlässig, mit dem Replikat Gehirn Rillen in der gleichen Weise egal wie oft es wurde in gesetzt das Lösungsmittel. Die kleinere Falten erscheinen einzigartig, anders in jedem Experiment Falten. Das imitiert das Muster im menschlichen Gehirn, in denen die größten faltende Muster sind in allen gesunden Menschen einheitlich, sondern jeder einzelne hat ein einzigartiges Muster der kleine Fältchen.

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