Гирус в човешкия мозък образува поради изтласкване

Характерно за човешкия мозък сгъва и навивания почти не присъстват в други бозайници. Изключенията са китовете, свине и някои примати. Такава структура, наподобяваща набръчкана орех, в човешки ембрион започва да се оформя през ХХ седмица на бременността, и завършва процеса, когато детето е почти половин година.

Физика отпечатан модел на човешки ембрионален мозък в 3D, и след това се прилага към слой от други свойства
(Снимка Mahadevan Lab / Харвард SEAS).

Защо човешкият мозък е необходимо такива плисета? Учените отдават това на факта, че тялото е адаптирал така поставен в ограниченото пространство на черепа. Само като квадратен лист хартия се простира малък кръгъл отвор, ако смачка на топка. Така, неврони в човешкия мозък "натъпкан" по-близо един до друг и да получите по-бърза връзка - мощен процесор в един малък череп.

Но, независимо от факта, че учените са успели да обяснят защо е необходимо на мозъка се сгъва и остава загадка, каква е същността на образуването им, как те се формират.

В рамките на няколко минути след потапяне в разтворител, проявява криволичещ структура "кора", Както е в настоящия фетален мозък
(Снимка Mahadevan Lab / Харвард SEAS).

"Има няколко хипотези, но проблемът е, че те са трудно да се провери експериментално"- казва Туомас Талин (Туомас Tallinen), физик финландски Jyväskylä университет.

Някои предполагат, че гънки се развиват в резултат на генетични процеси, а други - в резултат на биологични, а други разчитат на химични процеси. Но какво, ако те са причинени от физически процеси?

Това предположение бе решено да се тества с екип от изследователи от Харвардския университет в сътрудничество с изследователи от Финландия и Франция.

Физиците са отпечатани на мозъка на човешки ембрион в 3D. Като основа взеха сканиране на мозъка на плода през 22 седмица на развитие. Учените покрити проба мм слой от еластомер гел-подобни свойства на кората или сивото вещество на мозъка. След това моделът се потапя в органичен разтворител, при което тялото поради бързо набъбва гел слой.

След 20-30 минути след потапяне в течност, изкуствен мозък проявява криволичещ структура, както е в настоящия мозък на човешки ембрион на 34-та седмица на развитие. По този начин, учените симулирани бързото развитие на мозъка.

Степента на сходство изненада учените. "Когато сложих модел на мозъка в разтворителя, аз знаех, че ще получите бръчки. Но никога не съм очаквал от него да бъде сравнен с човешкия мозък. Той (извадка) изглежда като истински мозък"- казва един от авторите на проучването юни Yang Chun (Юни Young Chung).

"Осъзнахме, че можем да се симулира кората гънките, с помощта на физически принцип, и да получите резултат подобен на мозъка на ембриона", - главата на изследвания Lakshminarayanan Mahadevan (Lakshminarayanan Mahadevan) от Харвардския университет.

Според него, броя, формата, размера и позицията на невроните по време на растежа на мозъка води до увеличаване на площта на сивото вещество по отношение на бялото вещество. "Такава проста еволюционна иновациите ви позволява да поставите в малко количество от големи по размер мозъчната кора", - казва ученият, като добави, че това е основната причина за прекратяване структурата на мозъка.

Няколко други бозайници също имат подобен серпентина форма на мозъка, такива като шимпанзета, делфини, слона и прасета, но човешкия мозък има "сбръчкан" оформят.

"Мозъкът на един човек може да бъде различен от другия мозъка. Но всички трябва да имаме такива големи гънки да бъдат здрави. Нашите проучвания показват, че мозъчно увреждане или нарушение на растежа "геометрия" Това води до факта, че, най-вероятно, че ръбовете са не формира на мястото. И това може да доведе до мозъчна дисфункция"- казва Чун.

Коментирайки проучването, Елън Кул (Елън Кул) от Катедрата по биоинженерство в Станфордския университет отбелязва, че констатациите на физиката може да бъде пробив в диагностиката, лечението и профилактиката на редица неврологични заболявания. Знаейки това, което обработва влияние на развитието на гънки и извивки на мозъка, ние може да се развива по-добре на лечението, каза тя.

Резултатите от работата на физиците са публикувани в списание Nature.