近日，來自哈佛大學與(yu) 芬蘭(lan) 、法國的科學家組成的一支研究團隊，借助3D打印技術確認了人類的大腦皮層是如何成長並產(chan) 生褶皺。實際上，像人類大腦這樣複雜的褶皺和溝回在大多數動物中都是不存在的；高度折疊的大腦隻在極少數的物種，包括一些靈長類動物以及海豚、大象和豬當中存在。而在人類當中，胎兒(er) 大腦的“折疊”從(cong) 懷孕的第二十周就開始了，直到孩子1.5周歲時才算完成。

大腦皮層為(wei) 什麽(me) 會(hui) 折疊，從(cong) 進化論的角度很好解釋，因為(wei) 大腦的褶皺大大增加了皮層的表麵積，從(cong) 而有助於(yu) 提升人類的認知功能。

但是科學家們(men) 所不知道是，大腦折疊的過程是如何發生的。迄今科學界已經提出了幾種假說，但是都沒有得到直接證明。如今，哈佛大學John A. Paulson工程和應用科學學院的研究人員與(yu) 芬蘭(lan) 和法國的科學家合作研究已經表明，盡管在確定細胞活動的過程中，許多分子過程發揮了重要作用，但是最終導致大腦折疊的是一種簡單的與(yu) 屈曲相關(guan) 的機械不穩定性。

這一研究結果被發表在了《Nature Physics》雜誌上。

據了解，大腦的褶皺的重要性在於(yu) 它為(wei) 人類打開大腦、解開大腦相關(guan) 疾病的內(nei) 部機理提供了重要基礎。

“我們(men) 可以使用一個(ge) 非常簡單的物理原理來模仿大腦皮質的折疊，得到的結果類似於(yu) 我們(men) 所看到的真正的胎兒(er) 的大腦。”哈佛大學L. Mahadevan教授稱。

科學家們(men) 稱，人類大腦在發育過程中，神經細胞的數目、大小、形態和位置的變化導致灰質（又被成為(wei) 皮層，與(yu) 底層白質相對應）的擴展。這使得大腦皮層在壓力下導致機械不穩定，從(cong) 而在產(chan) 生褶皺。

“再加上簡單的進化創新，比如迭代和變化，使得薄而廣闊的大腦皮層被團成一團，這就是大腦折疊的主要原因，即腦回化。”Mahadevan教授稱。

Mahadevan教授之前曾經與(yu) 前博士後研究員Tuomas Tallinen，及博士後研究員Jun Young Chung共同進行過一項研究發現，他們(men) 隻需要兩(liang) 個(ge) 參數就可以解釋大腦的外皮層和軟組織由於(yu) 生長差別而導致的皮層折疊模式。這兩(liang) 個(ge) 參數是腦子的相對尺寸和皮層的相對膨脹。

在此基礎上，Mahadevan的團隊與(yu) 法國神經解剖專(zhuan) 家和放射科醫師進行合作，使用人類胎兒(er) 的數據直接測試這個(ge) 理論。首先，該研究團隊根據胎兒(er) 腦部的MRI成像數據3D打印出了一個(ge) 凝膠模型。該模型的表麵塗覆著一層薄薄的彈性體(ti) ，以模仿大腦皮層。為(wei) 了模擬大腦皮層的擴張，科學家們(men) 將凝膠大腦浸在一種溶劑中，該溶劑可以被外層吸收，這會(hui) 使它相對於(yu) 內(nei) 部區域膨脹，從(cong) 而產(chan) 生出了無論在大小和形狀上與(yu) 真正的大腦都非常相似的褶皺。

這種相似的程度，甚至讓研究人員們(men) 驚訝。Chung說：“當我把模型放進溶劑中時，我知道應該有折疊，但我從(cong) 來沒有想到是那種接近人類大腦的模式。它看起來像一個(ge) 真正的大腦。”

科學家們(men) 解釋說，造成如此相似的關(guan) 鍵在於(yu) 人類大腦的獨特形狀。“大腦的幾何形狀是非常重要的，因為(wei) 它可以在某些方向上定位褶皺。”Chung說。“我們(men) 的模型在幾何形狀和曲率方麵與(yu) 人類的大腦是一樣的，這就導致形成的褶皺與(yu) 現實中胎兒(er) 的大腦非常匹配。”

據稱，該凝膠腦模型中生成的最大褶皺與(yu) 胎兒(er) 腦中看到的無論在形狀、大小和方向上都很類似，而且可以在多個(ge) 凝膠實驗中重現。不過最小的褶皺則並不相同。

“人類的大腦並不是完全一樣，但是我們(men) 健康人大腦的主要褶皺都應該是相同的。”Chung說。“我們(men) 的研究表明，如果大腦的一部分不正常生長，或者如果整個(ge) 大腦半球的幾何形狀被破壞，那麽(me) 這個(ge) 大腦的主要褶皺可能就不會(hui) 產(chan) 生在正確的地方，這可能會(hui) 導致潛在的功能障礙。”