Gyrus v lidském mozku, vznikají v důsledku vytěsnění

Charakteristika lidského mozku záhyby a závity v podstatě není přítomen v jiných savců. Výjimkou jsou velryby, prasata a někteří primáti. Taková struktura se podobá vrásčitou ořech, do lidského embrya se začíná tvořit ve dvacátém týdnu těhotenství, a ukončí proces, kdy dítě je téměř půl roku.

Fyzika tištěný model lidského embryonálního mozku v 3D, a pak se nanese na vrstvu dalších vlastností
(Foto Mahadevan Lab / Harvard moře).

Proč je lidský mozek potřebují takové záhyby? Vědci to připisují skutečnosti, že tělo bylo upraveno tak, umístěného v omezeném prostoru lebky. Stejně jako čtverec list papíru se rozprostírá malý kruhový otvor, pokud zmačkat do kuličky. Tak, neurony v lidském mozku "zabalený" blíže k sobě a získat rychlejší připojení - výkonný procesor v malém lebky.

Ale, a to navzdory skutečnosti, že vědci byli schopni vysvětlit, proč mozek potřeba složit, a zůstává záhadou, co je podstata jejich vzniku, jak se tvoří.

Během několika minut po ponoření do rozpouštědla, které se projevují meandrující struktuře "kůra", Jako v tomto fetálního mozku
(Foto Mahadevan Lab / Harvard moře).

"Existuje několik hypotéz, ale problém je, že je obtížné ověřit experimentálně"- říká Tuomas Tallinn (Tuomas Tallinen), fyzik finský Jyväskylä University.

Někteří navrhnou, že záhyby vyvinout v důsledku genetických procesů, jiní - v důsledku biologických a jiní se spoléhají na chemické procesy. Ale co v případě, že jsou způsobeny fyzikálními procesy?

Tento předpoklad se rozhodli otestovat tým vědců z Harvardovy univerzity ve spolupráci s výzkumníky z Finsku a ve Francii.

Fyzici tištěný mozku lidského embrya ve 3D. Jako základ vzali sken mozku plodu v 22. týdnu vývoje. Vědci potažené vzorek milimetr vrstvu elastomerových gelovitých vlastnosti kůry nebo šedé hmoty mozku. Dále, tento model se ponoří do organického rozpouštědla, ve kterém je těleso v důsledku rychle zvýšil a gelovou vrstvu.

Po 20-30 minut po ponoření do kapaliny, umělý mozek projevuje meandrující strukturu, jako je tomu v současné dřeně lidského embrya ve 34. týdnu vývoje. To znamená, že vědci simulovali rychlý vývoj mozku.

Stupeň podobnosti překvapil vědce. "Když jsem dal model mozku v rozpouštědle, věděl jsem, že by si vrásky. Ale nikdy jsem očekávala, že se ve srovnání s lidským mozkem. On (ukázka) vypadá jako skutečný mozek"- říká jeden z autorů této studie června Yang Chun (červen Young Chung).

"Uvědomili jsme si, že můžeme simulovat kůrku záhyby pomocí fyzikální princip, a dostat podobný výsledek jako v mozku embrya"- vedoucí výzkumného Lakshminarayanan Mahadevan (Lakshminarayanan Mahadevan) z Harvard University.

Podle něj se počet, tvar, velikost a poloha neuronů během růstu v mozku vede ke zvýšení v oblasti šedé hmoty vzhledem k bílé hmoty. "Takový jednoduchý evoluční inovace umožňuje umístit v malém množství velkorozměrových mozkové kůry"- říká vědec s tím, že to je hlavní příčinou vinutí struktury mozku.

Několik jiní savci mají také podobnou hadí tvar mozku, jako jsou šimpanzi, delfíni, sloni a prasat, ale lidský mozek má "vrásčitý" tvar.

"Mozkem jednoho člověka se může lišit od druhého mozku. Ale my všichni musíme mít tak velké záhyby, že jsou zdravé. Náš výzkum ukazuje, že poškození mozku nebo porušení jejího růstu "geometrie" To vede k tomu, že pravděpodobně záhyby nejsou vytvořené na místě. A to může vést k mozkové dysfunkce"- říká Chun.

V komentáři k studie Ellen Kuhl (Ellen Kuhl) z Ústavu bioinženýrství na Stanfordově univerzitě poznamenává, že závěry fyziky může být průlom v diagnostice, léčbě a prevenci řady neurologických poruch. Vědět, co procesy ovlivňovat vývoj záhybů a záhyby mozku, můžeme vytvořit lepší zacházení, řekla.

Výsledky práce fyziků byly publikovány v časopise Nature.