onderzoekers hebben een 3D-replica van een brein in een laboratorium laten groeien en met succes zijn gerimpeld, gevouwen vorm gereproduceerd. De nieuwe studie gepubliceerd in Nature Physics kan eindelijk een antwoord hebben gegeven op de al lang bestaande vraag hoe de plooien in onze hersenen zich vormen, waarbij het proces schijnbaar meer bepaald wordt door de wetten van de fysica dan door de drijvende krachten van de biologie.
de reden waarom onze hersenen een gerimpelde structuur hebben is duidelijk vanuit een evolutionair perspectief: Gevouwen hersenen verkorten de afstand waarover verschillende secties moeten communiceren. Bovendien kan door vouwen meer van de cortex, de buitenste laag van de hersenen, in een menselijke schedel passen. Naarmate we volwassen worden, neemt het volume van de hersenen 20 keer toe, maar het oppervlak – dankzij deze plooien – neemt 30 keer toe.
zonder deze plooien zouden onze cognitieve vermogens dramatisch beperkt zijn. Hoewel we daarom weten dat onze hersenen organische origami heeft een duidelijk “doel”, hoe deze vouwen ontstaan in de eerste plaats is veel minder duidelijk. Maar een team van onderzoekers van de Harvard Universiteit vermoedde dat er eigenlijk een vrij eenvoudig, niet-biologisch mechanisme zou kunnen zijn achter de ontwikkeling van de plooien, groeven (sulci) en richels (gyri) – een proces dat bekend staat als gyrificatie.
om deze theorie te testen, werd een 3D geprinte, gel-gebaseerde replica van een brein geproduceerd, gebaseerd op magnetic resonance imaging (MRI) scans van een echt foetaal brein. Nog steeds glad en uitgevouwen, werd dit model gecoat in een een millimeter dikke (0,04-inch) tweede laag elastomeer gel, een materiaal analoog voor de cortex, en geplaatst in een bepaald oplosmiddel.
de “cortex” ontwikkeling van de replica foetale hersenen. De resultaten van de studie zijn een no-brainer, echt. Mahadevan Lab/Harvard SEAS
binnen enkele minuten na onderdompeling absorbeerde de elastomeergel het oplosmiddel snel, waardoor het uit de onderliggende gel groeide. Om het vast te houden aan de onderliggende gel, begon de uitdijende gel mechanisch samen te trekken en te krimpen, op zichzelf in te vouwen. Het uiteindelijke resultaat leek opmerkelijk vergelijkbaar met het sulci patroon waargenomen op een echte foetale hersenen.eerdere theorieën over de drijvende processen achter gyrificatie waren meer gericht op biologie, met een prominent idee dat de plooien worden geïnduceerd door biochemische signalen vanuit de hersenen, die vervolgens de expansie en contractie van de cortex veroorzaken. Hierdoor zouden bepaalde gebieden van de hersenen met hoge prioriteit beter met elkaar verbonden kunnen zijn dan andere.
echter, deze studie impliceert dat fysieke, in plaats van biologische, processen grotendeels het vouwpatroon van onze hersenen bepalen. Het begrijpen van de vroege stadia van hersenontwikkeling is van cruciaal belang als onderzoekers de ontstaansgeschiedenis van een waaier van neurodevelopmental hersenenwanorde, met inbegrip van anencefalie, moeten ontdekken, waarbij de vroege hersenenfundamenten van een foetus onjuist beginnen te vormen.
” hersenen zijn niet precies hetzelfde van mens tot mens, maar we moeten allemaal dezelfde grote plooien hebben om gezond te zijn,” zei Jun Young Chung, een postdoctorale fellow aan de Harvard University en medeauteur van de studie, aan de Harvard Gazette. “Ons onderzoek toont aan dat als een deel van de hersenen niet goed groeit, of als de Globale geometrie wordt verstoord, we misschien niet de belangrijkste plooien op de juiste plaats hebben, die disfunctie in de hersenen kunnen veroorzaken.”
