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泡一颗水晶小脑花,能泡出大脑一样的沟回褶皱吗?

科普小知识2022-07-03 08:11:03
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泡泡珠(或水宝宝、水晶花泥等)对每个人都不陌生。在此之前,该帐户还介绍了它的一些属性。例如,由这种高吸水性树脂制成的小球可以吸收大量的水来膨胀,而装满水的凝胶球将变得非常接近水的折射率,甚至在水中也看不见...

以下是几个凝胶球在水中浸泡前后的对比图。你可以看到它们在水中浸泡后体积增加了多少。我想说的是:你注意到球在这个过程中会是什么样子了吗?

事实上,这些凝胶珠看起来像一朵水晶小脑花,直到它们被完全浸湿并变成一个完整的球。

这是同一凝胶球在气泡膨胀的不同阶段的外观。浸泡在水中时,这些小球总是先在表面形成皱纹,最后变得饱满光滑。

这些褶皱看起来有点像大脑,这让我想起了一项关于大脑发育的非常有趣的研究。

人脑中有丰富的沟褶,对改善脑功能有重要意义。然而,科学家还没有真正确定这些沟褶在发育过程中是如何形成的。一些研究者认为在这个过程中应该有一个复杂的调节机制,但是其他人认为这可能是一个纯粹的物理过程:大脑表面的灰质比内部的白质生长得更快,大脑的褶皱自然地“挤压”出来。

有趣的是,持这种观点的科学家们为了验证他们的想法而做的实验是制作一朵凝胶晶体小脑花。然而,他们使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)凝胶和有机溶剂,并使用双层结构来模拟大脑的灰质和白质。

后来,研究人员还进行了更精细的改进实验,这次他们根据胎儿大脑的真实外观设计了凝胶。结果表明,这种凝胶在溶剂中膨胀的外观确实非常类似于大脑:

水宝宝没有特别设计的双层结构,但是当“泡泡发”不够的时候,外层比内层更容易吸水膨胀,所以会出现类似的褶皱。

尽管这个实验本身并不能证明大脑的沟完全是由物理过程产生的,但它确实是一个有趣的想法。也许研究人员在将婴儿浸泡在水中时想到了这一点。