Gyrus v ľudskom mozgu, vznikajú v dôsledku vytesnenie

Charakteristika ľudského mozgu záhyby a závity v podstate nie je prítomný v iných cicavcov. Výnimkou sú veľryby, ošípané a niektorí primáty. Takáto štruktúra sa podobá vrásčitú orech, do ľudského embrya sa začína tvoriť v dvadsiatom týždni tehotenstva, a ukončí proces, kedy dieťa je takmer pol roka.

Fyzika tlačený model ľudského embryonálneho mozgu v 3D, a potom sa nanesie na vrstvu ďalších vlastností
(Foto Mahadevan Lab / Harvard more).

Prečo je ľudský mozog potrebujú také záhyby? Vedci to pripisujú skutočnosti, že telo bolo upravené tak, umiestneného v obmedzenom priestore lebky. Rovnako ako štvorec list papiera sa rozprestiera malý kruhový otvor, ak pokrčiť do guľôčky. Tak, neuróny v ľudskom mozgu "zabalený" bližšie k sebe a získať rýchlejšie pripojenie - výkonný procesor v malom lebky.

Ale, a to napriek skutočnosti, že vedci boli schopní vysvetliť, prečo mozog potreba zložiť, a zostáva záhadou, čo je podstata ich vzniku, ako sa tvorí.

Počas niekoľkých minút po ponorení do rozpúšťadla, ktoré sa prejavujú meandrující štruktúre "kôra", Ako v tomto fetálneho mozgu
(Foto Mahadevan Lab / Harvard more).

"Existuje niekoľko hypotéz, ale problém je, že je ťažké overiť experimentálne"- hovorí Tuomas Tallinn (Tuomas Tallinen), fyzik fínsky Jyväskylä University.

Niektorí navrhnú, že záhyby vyvinúť v dôsledku genetických procesov, iní - v dôsledku biologických a iní sa spoliehajú na chemické procesy. Ale čo v prípade, že sú spôsobené fyzikálnymi procesmi?

Tento predpoklad sa rozhodli otestovať tím vedcov z Harvardovej univerzity v spolupráci s výskumníkmi z Fínsku a vo Francúzsku.

Fyzici tlačený mozgu ľudského embrya v 3D. Ako základ vzali sken mozgu plodu v 22. týždni vývoja. Vedci potiahnuté vzorka milimeter vrstvu elastomerných gelovitých vlastnosti kôry alebo šedej hmoty mozgu. Ďalej, tento model sa ponorí do organického rozpúšťadla, v ktorom je teleso v dôsledku rýchlo zvýšil a gélovou vrstvu.

Po 20-30 minút po ponorení do kvapaliny, umelý mozog prejavuje meandrující štruktúru, ako je tomu v súčasnej drene ľudského embrya v 34. týždni vývoja. To znamená, že vedci simulovali rýchly vývoj mozgu.

Stupeň podobnosti prekvapil vedcov. "Keď som dal model mozgu v rozpúšťadle, vedel som, že by si vrásky. Ale nikdy som očakávala, že sa v porovnaní s ľudským mozgom. On (ukážka) vyzerá ako skutočný mozog"- hovorí jeden z autorov tejto štúdie júna Yang Chun (jún Young Chung).

"Uvedomili sme si, že môžeme simulovať kôrku záhyby pomocou fyzikálny princíp, a dostať podobný výsledok ako v mozgu embryá"- vedúci výskumného Lakshminarayanan Mahadevan (Lakshminarayanan Mahadevan) z Harvard University.

Podľa neho sa počet, tvar, veľkosť a poloha neurónov počas rastu v mozgu vedie k zvýšeniu v oblasti šedej hmoty vzhľadom k bielej hmoty. "Taký jednoduchý evolučný inovácia umožňuje umiestniť v malom množstve veľkorozmerných mozgovej kôry"- hovorí vedec s tým, že to je hlavnou príčinou vinutie štruktúry mozgu.

Niekoľko iní cicavce majú tiež podobnú hadej tvar mozgu, ako sú šimpanzy, delfíny, slony a ošípaných, ale ľudský mozog má "vráskavý" tvar.

"Mozgom jedného človeka sa môže líšiť od druhého mozgu. Ale my všetci musíme mať tak veľké záhyby, že sú zdravé. Náš výskum ukazuje, že poškodenie mozgu alebo porušenie jej rastu "geometria" To vedie k tomu, že pravdepodobne záhyby nie sú vytvorené na mieste. A to môže viesť k mozgovej dysfunkcie"- hovorí Chun.

V komentári k štúdie Ellen Kuhl (Ellen Kuhl) z Ústavu bioinžinierstva na Stanfordovej univerzite poznamenáva, že závery fyziky môže byť prielom v diagnostike, liečbe a prevencii radu neurologických porúch. Vedieť, čo procesy ovplyvňovať vývoj záhybov a záhyby mozgu, môžeme vytvoriť lepšie zaobchádzanie, povedala.

Výsledky práce fyzikov boli publikované v časopise Nature.