Физики воспроизвели процесс образования извилин головного мозга - Гранит науки - 2016-02-15

Международная группа ученых экспериментально подтвердила теоретическую модель образования мозговых извилин как неизбежного следствия роста коры головного мозга в замкнутом пространстве черепной коробки. Складчатая поверхность головного мозга есть у немногих видов, среди которых приматы, дельфины, слоны и свиньи. В эволюционном смысле причина образования мозговых складок или извилин довольно проста – они максимально увеличивают число нейронов, которые могут поместиться в черепную коробку, и при этом сокращается расстояние между нервными клетками, что улучшает когнитивную функцию мозга. У людей внешний слой мозговой ткани – серое вещество, или кора головного мозга, с извилинами появляется в возрасте зародыша около 23 недель. Извилины образуются за счет формирования складок коры в процессе под названием гирификация, который продолжается до самого взросления, пока подростковый мозг не перестанет расти. К этому времени головной мозг в объеме увеличивается в 20 раз, а площадь поверхности обоих полушарий - в 30. Тогда как цель гирификации очевидна, механизм, обеспечивающий ее, оставался неясным. Туомас Таллинен (Tuomas Tallinen) из Университета Йювяскюля (University of Jyvaskyla) в Финляндии с коллегами из Франции и США – авторы недавней публикации в Nature Physics – считают наиболее вероятным самое простое объяснение: кора головного мозга распространяется по черепной коробке быстрее остального мозга, почти не изменяя своей толщины, то есть остается количественно неизменной по мере увеличения площади поверхности. Это создает напряжение сжатия, которое в свою очередь приводит к механическому складкообразованию в коре. Для проверки этой теории авторы, основываясь на данных магнитно-резонансного сканирования, напечатали трехмерный слепок 22-недельного человеческого мозга, на поверхности которого еще нет ни складок, ни извилин. По этому слепку была сделана гелевая модель основной части мозга, которую затем покрыли тонким слоем другого - абсорбентного (водопоглощающего) геля, который играл роль коры головного мозга. При погружении в растворитель внешний слой гелевого мозга, в отличие от основной, «ядерной» части, набухал и, по мере возрастания сил сжатия внутри напечатанного каркаса, начинал сморщиваться. По словам Таллинена, которые приводит портал physicsworld.com, «наблюдалось образование складок, сходное с происходящим у зародышевого эмбриона на ранних стадиях гирификации». К концу экспериментов была получена гелевая модель мозга 34-недельного плода. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».