供稿人:郝志巖 王玲 發(fā)布日期：2017-07-12
人類的大腦表面具有復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)的褶皺，芬蘭、法國(guó)研究人員與美國(guó)哈佛大學(xué)合作，經(jīng)過(guò)研究證明褶皺的形成由力學(xué)不穩(wěn)定而導(dǎo)致。并且構(gòu)建了一個(gè)模擬的三維人腦模型，該模型表面模仿了真實(shí)大腦的褶皺結(jié)構(gòu).
從進(jìn)化的角度，人腦表面具有如此復(fù)雜的褶皺結(jié)構(gòu)是為了實(shí)現(xiàn)在一定空間內(nèi)盡可能容納更大的腦皮層，從而提高人腦的認(rèn)知功能。從人類在懷孕20周左右至出生后大約一年半左右，這段時(shí)間為褶皺的形成時(shí)間。美國(guó)哈佛大學(xué)研究者表示，腦皮層相對(duì)于下面白質(zhì)擴(kuò)張產(chǎn)生了壓力而導(dǎo)致力學(xué)不穩(wěn)定現(xiàn)象的產(chǎn)生，這種不穩(wěn)定性使其形成了局部褶皺結(jié)構(gòu)。
圖1:腦模型的平面圖與截面圖（褶皺形成前左，褶皺形成后右）
圖2：模擬大腦的冠狀部分
研究人員利用核磁共振圖像，使用3D打印的方式構(gòu)建了，平滑表面的三維膠體模型，其表面涂有較薄的彈力膠，并將其浸入可以被外層膠吸收的特殊溶液，使外層相對(duì)于內(nèi)部產(chǎn)生擴(kuò)張，如圖1所示。一段時(shí)間以后，在壓力的作用下，表面膠體形成了無(wú)論從形態(tài)上還是結(jié)構(gòu)上都比較接近真實(shí)腦褶皺結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
圖3：a真實(shí)腦與模擬腦內(nèi)皮質(zhì)表面映射（上：真實(shí)腦，下：模擬腦） b真實(shí)腦與模擬腦表面最小絕對(duì)曲率角度圖
圖4：人類胎腦
圖4：模擬腦模型
同時(shí)，所獲得的模擬人腦模型的褶皺在形狀曲率與結(jié)構(gòu)上都與真實(shí)人腦十分接近，如圖3，4所示。其褶皺的構(gòu)建過(guò)程較為形象的模擬了胎兒腦褶皺的形成發(fā)育過(guò)程。由于結(jié)構(gòu)聯(lián)系著功能，所以該過(guò)程可加強(qiáng)對(duì)腦部功能及原理的理解，并且為相關(guān)腦疾病的診斷及研究提供一定依據(jù)。