a kutatók laboratóriumban megnövelték az agy 3D-s másolatát, és sikeresen reprodukálták ráncos, hajtogatott alakját. A Nature Physics-ben megjelent új tanulmány végül megválaszolhatta azt a régóta fennálló kérdést, hogy hogyan alakulnak agyunk redői, a folyamatot látszólag inkább a fizika törvényei határozzák meg, mint a biológia hajtóerői.

az agyunk gyűrött szerkezetének oka evolúciós szempontból egyértelmű: A hajtogatott agy lerövidíti a távolságot, amelyet a különböző szakaszoknak kommunikálniuk kell. Ezenkívül a hajtogatás lehetővé teszi, hogy az agykéreg, az agy külső rétegének nagyobb része beleférjen az emberi koponyába. Ahogy felnőtté válunk, az agy térfogata 20 – szor növekszik, de a felület – ezeknek a redőknek köszönhetően-30-szor növekszik.

Ezen redők nélkül kognitív képességeink drámaian korlátozottak lennének. Bár ezért tudjuk, hogy agyunk organikus origamijának külön “célja” van, sokkal kevésbé világos, hogy ezek a redők hogyan keletkeznek. A Harvard Egyetem kutatóinak egy csoportja azonban azt gyanította, hogy valójában egy meglehetősen egyszerű, nem biológiai mechanizmus állhat a redők, barázdák (sulci) és bordák (gyri) kialakulása mögött-ezt a folyamatot gyrifikációnak nevezik.

ennek az elméletnek a teszteléséhez egy agy 3D-s nyomtatott, gél alapú másolatát állították elő, amely egy tényleges magzati agy mágneses rezonancia képalkotó (MRI) vizsgálatain alapul. Még mindig sima és kibontott, ezt a modellt egy milliméter vastag (0,04 hüvelykes) második elasztomer gélréteggel vonták be, amely a kéreg anyag analógja, és egy adott oldószerbe helyezték.

A replika magzati agy “kéreg” fejlődése. A tanulmány eredményei nem agyak, igazán. Mahadevan Lab / Harvard SEAS

a merítés után néhány percen belül az elasztomer gél gyorsan felszívta az oldószert, így kinőtt az alatta lévő gélből. Annak érdekében, hogy az alatta lévő gélhez tapadjon, a táguló gél mechanikusan összehúzódni kezdett, becsatolódott, összecsukódott. A végeredmény feltűnően hasonlított az igazi magzati agy sulci mintájára.

a gyrifikáció mögött meghúzódó vezetési folyamatokról szóló korábbi elméletek inkább a biológiára összpontosítottak, az egyik kiemelkedő elképzelés az volt, hogy a redőket az agy belsejéből származó biokémiai jelek indukálják, ami később az agykéreg tágulását és összehúzódását okozza. Ez lehetővé tenné az agy bizonyos, kiemelt fontosságú régióinak jobb összekapcsolását, mint mások.

Ez a tanulmány azonban azt sugallja, hogy a fizikai, nem pedig a biológiai folyamatok nagymértékben meghatározzák agyunk hajtogatási mintáját. Megértése a korai szakaszában az agy fejlődését kritikus, ha a kutatók, hogy feltárja a genesis egy sor neurodevelopmental agyi rendellenességek, beleértve anencephalia, ahol a magzat korai agyi alapjait kezdenek helytelenül formában.

“az agy nem teljesen azonos az egyik emberről a másikra, de mindannyiunknak azonos fő redőkkel kell rendelkeznie ahhoz, hogy egészséges legyen” – mondta Jun Young Chung, a Harvard Egyetem posztdoktori munkatársa, a tanulmány társszerzője. “Kutatásaink azt mutatják, hogy ha az agy egy része nem növekszik megfelelően, vagy ha a globális geometria megszakad, akkor előfordulhat, hogy a fő redők nem a megfelelő helyen vannak, ami diszfunkciót okozhat az agyban.”