forskere har vokset en 3D-replika af en hjerne i et laboratorium og med succes gengivet sin rynkede, foldede form. Den nye undersøgelse offentliggjort i Nature Physics har måske endelig besvaret det mangeårige spørgsmål om, hvordan folderne i vores hjerner dannes, med processen tilsyneladende bestemt mere af fysikkens love end biologiens drivkræfter.

årsagen til, at vores hjerner har en krøllet struktur, er tydelig fra et evolutionært perspektiv: Foldede hjerner forkorter den afstand, som forskellige sektioner skal kommunikere over. Derudover tillader foldning mere af hjernebarken, hjernens ydre lag, at passe ind i en menneskelig kranium. Når vi vokser til voksne, øges hjernens volumen 20 gange, men overfladearealet – takket være disse folder – øges 30 gange.

uden disse folder ville vores kognitive evner være dramatisk begrænset. Mens vi derfor ved, at vores hjernes organiske origami har et særskilt “formål”, har hvordan disse folder opstår i første omgang været langt mindre klare. Men et team af forskere fra Harvard University mistænkte, at der faktisk kunne være en ret simpel, ikke-biologisk mekanisme bag udviklingen af folder, riller (sulci) og kamme (gyri) – en proces kendt som gyrifikation.

for at teste denne teori blev der produceret en 3D-trykt, gelbaseret replika af en hjerne baseret på magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) scanninger af en faktisk føtal hjerne. Stadig glat og udfoldet blev denne model overtrukket i et et millimeter tykt (0,04 tommer) andet lag elastomergel, en materialeanalog til barken, og anbragt i et bestemt opløsningsmiddel.

“hjernebarken” udvikling af replika føtal hjerne. Undersøgelsens resultater er en no-brainer, virkelig. Mahadevan Lab / Harvard SEAS

inden for få minutter efter nedsænkning absorberede elastomergelen hurtigt opløsningsmidlet, hvilket fik det til at vokse ud fra den underliggende gel. For at den kunne forblive fastgjort til den underliggende gel, begyndte den ekspanderende gel at mekanisk trække sig sammen og spænde og folde sig ind på sig selv. Det endelige resultat lignede bemærkelsesværdigt det sulci-mønster, der blev observeret på en ægte føtal hjerne.

tidligere teorier om drivprocesserne bag gyrificering har været mere biologifokuseret, hvor en fremtrædende ide er, at folderne induceres af biokemiske signaler fra hjernen, som efterfølgende forårsager ekspansion og sammentrækning af barken. Dette ville gøre det muligt for visse områder med høj prioritet i hjernen at være bedre forbundet end andre.

denne undersøgelse indebærer imidlertid, at fysiske, snarere end biologiske, processer i vid udstrækning bestemmer vores hjernes foldemønster. At forstå de tidlige stadier af hjerneudvikling er kritisk, hvis forskere skal afdække dannelsen af en række neuroudviklingsforstyrrelser, herunder anencephaly, hvor et fosters tidlige hjernefundamenter begynder at dannes forkert.

“hjerner er ikke nøjagtigt de samme fra et menneske til et andet, men vi skal alle have de samme store folder for at være sunde,” sagde Jun Young Chung, postdoktor ved Harvard University og medforfatter til undersøgelsen, til Harvard-Tidende. “Vores forskning viser, at hvis en del af hjernen ikke vokser ordentligt, eller hvis den globale geometri forstyrres, har vi muligvis ikke de store folder på det rigtige sted, hvilket kan forårsage dysfunktion i hjernen.”