tutkijat ovat kasvattaneet laboratoriossa 3D-kopion aivoista ja onnistuneesti toistaneet niiden ryppyisen, Taitetun muodon. Nature Physics-lehdessä julkaistu uusi tutkimus on saattanut vihdoin vastata pitkään jatkuneeseen kysymykseen siitä, miten aivojemme poimut muodostuvat, sillä prosessia näyttävät määrittävän enemmän fysiikan lait kuin biologian liikkeelle panevat voimat.
evoluution näkökulmasta on selvää, miksi aivojemme rakenne on rypistynyt: Taitetut aivot lyhentävät etäisyyttä, jonka yli eri osien on kommunikoitava. Lisäksi taittaminen mahdollistaa sen, että enemmän aivokuoresta, aivojen uloimmasta kerroksesta, mahtuu ihmisen kalloon. Kun kasvamme aikuisiksi, aivojen tilavuus kasvaa 20-kertaiseksi, mutta pinta – ala – näiden poimujen ansiosta-kasvaa 30-kertaiseksi.
ilman näitä poimuja kognitiiviset kykymme olisivat dramaattisesti rajalliset. Vaikka me siis tiedämme, että aivojemme orgaanisella origamilla on selvä ”tarkoitus”, se, miten nämä poimut ylipäätään syntyvät, on ollut paljon epäselvempää. Mutta Harvardin yliopiston tutkijaryhmä epäili, että taitosten, urien (sulci) ja harjanteiden (gyri) kehityksen takana saattaa itse asiassa olla melko yksinkertainen, ei-biologinen mekanismi – prosessi, joka tunnetaan nimellä gyrifikaatio.
tämän teorian testaamiseksi valmistettiin 3D-tulostettu, geelipohjainen kopio aivoista, joka perustui varsinaisen sikiön aivojen magneettikuvaukseen (MRI). Vielä sileä ja taittamaton malli päällystettiin millimetrin paksuisella (0,04 tuuman) toisella kerroksella elastomeerigeeliä, joka on aivokuoren materiaalianalogi, ja laitettiin tiettyyn liuottimeen.
sikiöaivojen replikan” aivokuoren ” kehitys. Tutkimuksen tulokset eivät ole hätkähdyttäviä. Mahadevan Lab/Harvard SEAS
vain muutaman minuutin kuluttua upotuksesta elastomeerigeeli imi liuottimen nopeasti itseensä ja sai sen kasvamaan ulos taustalla olevasta geelistä. Jotta se pysyisi kiinni taustalla olevassa geelissä, laajeneva geeli alkoi mekaanisesti supistua ja solkea taittuen itseensä. Lopputulos näytti huomattavan samanlaiselta kuin oikeilla sikiön aivoilla havaittu sulci-kuvio.
aiemmat teoriat gyrifikaation takana olevista ajoprosesseista ovat olleet biologiaan keskittyneempiä, ja yksi merkittävä ajatus on, että poimut indusoituvat aivojen sisältä tulevista biokemiallisista signaaleista, jotka myöhemmin aiheuttavat aivokuoren laajenemisen ja supistumisen. Tämä mahdollistaisi sen, että tietyt, tärkeysjärjestyksessä tärkeät aivojen alueet olisivat paremmin yhteydessä toisiinsa kuin toiset.
Tämä tutkimus kuitenkin viittaa siihen, että fyysiset, ei biologiset, prosessit määräävät suurelta osin aivojemme taittumistavan. Ymmärtäminen alkuvaiheessa aivojen kehitystä on kriittinen, jos tutkijat aikovat paljastaa synty erilaisia neurokehitys aivojen häiriöt, mukaan lukien anenkefalian, jossa sikiön ’ varhainen aivojen perusta alkaa väärin muodostaa.
”aivot eivät ole aivan samat ihmiseltä toiselle, mutta meillä kaikilla pitäisi olla samat suuret poimut ollaksemme terveitä”, sanoi Harvardin yliopiston tutkijatohtori Jun Young Chung Harvard Gazettelle. ”Tutkimuksemme osoittaa, että jos osa aivoista ei kasva kunnolla tai jos globaali geometria häiriintyy, meillä ei ehkä ole suuria poimuja oikeassa paikassa, mikä voi aiheuttaa toimintahäiriöitä aivoissa.”
