《電子技術(shù)應(yīng)用》
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大腦褶皺如何形成?3D打印來(lái)解答

2017-04-07
關(guān)鍵詞: 大腦褶皺 3D打印

  當(dāng)3D技術(shù)以3D電影為先鋒進(jìn)入我們的眼簾時(shí),,我們身邊已經(jīng)出現(xiàn)了3D電視,、3D游戲等以3D冠名的新鮮事物。如今“3D醫(yī)療打印”技術(shù)也已取得驚人進(jìn)展,,為科學(xué)研究做出了巨大貢獻(xiàn),。

  人腦有明顯的丘峰和溝谷,從進(jìn)化角度很容易解釋,,但人們卻很難理解大腦褶皺的形成細(xì)節(jié),。據(jù)美國(guó)哈佛大學(xué)網(wǎng)站消息,,該校研究人員與芬蘭和法國(guó)科學(xué)家合作,證明了雖然細(xì)胞許多分子過(guò)程很重要,,但最終導(dǎo)致腦褶皺形成的是腦皮層變形的力學(xué)不穩(wěn)定性機(jī)制,。

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  從進(jìn)化角度說(shuō),人腦褶皺之所以這樣,,是要在小空間里裝下更大的腦皮層,,減少神經(jīng)元分支長(zhǎng)度,提高認(rèn)知功能,。人類在懷孕20周左右,,胎兒腦就開(kāi)始出現(xiàn)褶皺,直到出生一年半左右,,腦褶皺才算完成,。哈佛大學(xué)鮑爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)教授L·瑪哈德文以往研究發(fā)現(xiàn),在腦發(fā)育期間,,腦皮層相對(duì)于下面白質(zhì)的擴(kuò)張會(huì)帶來(lái)壓力,,產(chǎn)生力學(xué)不穩(wěn)定性,這種不穩(wěn)定使其形成了局部褶皺,。

  研究人員發(fā)表《自然·物理學(xué)》雜志上的論文稱,,他們用人類胎兒的腦數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了上述理論。按照3D磁共振圖像,,他們通過(guò)3D打印制作了一個(gè)光滑的胎兒腦的三維膠體模型,,在其表面涂了一層薄薄的彈力膠,模仿腦皮層,,然后把膠體腦浸入一種能被外層膠吸收的溶液,,使外層相對(duì)于內(nèi)部發(fā)生腫脹,模擬腦皮層擴(kuò)張,,在幾分鐘內(nèi),,壓力就使膠體腦形成了褶皺,且褶皺大小和形狀都很像一個(gè)真實(shí)的腦,。

  擴(kuò)張的相似性讓研究人員也感到吃驚,。“當(dāng)我把模型放到溶液里時(shí),,我知道會(huì)產(chǎn)生褶皺,,但沒(méi)想到會(huì)如此近似??雌饋?lái)就像一個(gè)真實(shí)的腦,。”論文共同作者,、博士后研究員鄭君永說(shuō),,“人腦的形狀為褶皺方向提供了參照,。我們的模型在形狀和曲率上與人腦相同,因此形成的褶皺與真實(shí)的胎兒腦看起來(lái)非常符合,?!?/p>

  功能通常與結(jié)構(gòu)有關(guān),因此理解了大腦褶皺怎樣形成,,有助于揭示腦的內(nèi)部工作原理,,闡明與腦有關(guān)的疾病。鄭君永還指出,,人和人的腦并不完全一樣,,但作為健康人,主要褶皺應(yīng)該都一樣,。如果一部分腦發(fā)育得不對(duì),,或整個(gè)腦形狀被擾亂,可能無(wú)法在正確位置形成主要褶皺,,導(dǎo)致腦功能障礙,。


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