I ricercatori hanno sviluppato una replica 3D di un cervello in un laboratorio e riprodotto con successo la sua forma rugosa e piegata. Il nuovo studio pubblicato su Nature Physics potrebbe aver finalmente risposto alla domanda di lunga data su come si formano le pieghe del nostro cervello, con il processo apparentemente determinato più dalle leggi della fisica che dalle forze motrici della biologia.

La ragione per cui il nostro cervello ha una struttura sgualcita è chiara da una prospettiva evolutiva: I cervelli piegati accorciano la distanza che le diverse sezioni devono comunicare. Inoltre, la piegatura consente a più della corteccia, lo strato esterno del cervello, di adattarsi a un cranio umano. Man mano che diventiamo adulti, il volume del cervello aumenta di 20 volte, ma la superficie – grazie a queste pieghe – aumenta di 30 volte.

Senza queste pieghe, le nostre capacità cognitive sarebbero drammaticamente limitate. Mentre sappiamo quindi che l’origami organico del nostro cervello ha uno “scopo” distinto, il modo in cui queste pieghe sorgono in primo luogo è stato molto meno chiaro. Ma un team di ricercatori dell’Università di Harvard sospettava che ci potrebbe essere in realtà un meccanismo abbastanza semplice, non biologico dietro lo sviluppo delle pieghe, solchi (sulci) e creste (gyri)-un processo noto come gyrification.

Al fine di testare questa teoria, è stata prodotta una replica 3D stampata, basata su gel di un cervello, basata su scansioni di risonanza magnetica (MRI) di un cervello fetale reale. Ancora liscio e spiegato, questo modello è stato rivestito in un secondo strato di gel elastomero di un millimetro di spessore (0,04 pollici), un analogo materiale per la corteccia, e inserito in un particolare solvente.

Lo sviluppo della “corteccia” del cervello fetale replica. I risultati dello studio sono un gioco da ragazzi, davvero. Mahadevan Lab / Harvard SEAS

In pochi minuti dall’immersione, il gel elastomerico ha assorbito rapidamente il solvente, facendolo crescere dal gel sottostante. Affinché rimanesse attaccato al gel sottostante, il gel in espansione cominciò a contrarsi meccanicamente e a piegarsi, piegandosi su se stesso. Il risultato finale sembrava notevolmente simile al modello sulci osservato su un cervello fetale reale.

Le teorie precedenti sui processi di guida dietro la girificazione sono state più focalizzate sulla biologia, con un’idea prominente che le pieghe sono indotte da segnali biochimici dall’interno del cervello, che successivamente causano l’espansione e la contrazione della corteccia. Ciò consentirebbe a determinate regioni del cervello ad alta priorità di essere collegate meglio di altre.

Tuttavia, questo studio implica che i processi fisici, piuttosto che biologici, determinano in gran parte il modello di piegatura del nostro cervello. Comprendere le prime fasi dello sviluppo del cervello è fondamentale se i ricercatori devono scoprire la genesi di una serie di disturbi cerebrali dello sviluppo neurologico, tra cui l’anencefalia, in cui le prime basi cerebrali di un feto iniziano a formarsi in modo improprio.

“I cervelli non sono esattamente gli stessi da un essere umano all’altro, ma dovremmo tutti avere le stesse pieghe principali per essere sani”, ha detto Jun Young Chung, post-dottorato presso l’Università di Harvard e coautore dello studio, alla Harvard Gazette. “La nostra ricerca mostra che se una parte del cervello non cresce correttamente, o se la geometria globale viene interrotta, potremmo non avere le pieghe principali nel posto giusto, che possono causare disfunzioni nel cervello.”