研究揭示人脑如何形成褶皱

与鼠脑(左)相比，人脑有大量的脑沟。

8月18日，美国有趣的科学网站发表了一篇题为《大脑如何皱纹》的文章，内容如下:

一项新的研究表明，人们的大脑布满褶皱，呈胡桃状的原因是大脑皮层(即灰质)的快速生长受到白质的限制。

研究人员发现大脑皮层凹陷的脑沟和脑回依赖于两个简单的几何参数——灰质的生长速度和厚度。发表在8月18日出版的《美国国家科学院院刊》上的研究表明，双层凝胶可以在实验室中用来模拟大脑褶皱的形成。

研究人员指出，除了这些限制之外，基因也影响大脑的形状，因为基因调节神经细胞如何增殖和移动到它们的目的地。

所有的哺乳动物都有大脑皮层，但只有较大的哺乳动物有皱缩的大脑皮层。例如，老鼠大脑的表面是光滑的，而更大的大脑，如人脑，有大量的脑沟。皱缩的大脑皮层具有更大的表面积，这意味着它具有更强大的信息处理能力，但尚不完全清楚是什么因素决定了人脑的符号沟形状。

了解大脑的褶皱可能有助于科学家更好地解释先天性疾病，如小脑回、巨大回和无脑回。

从历史上看，关于脑沟和脑回是如何形成的，有三种思考方式:一种是大脑皮层的某些区域生长得更快，然后伸出其他区域，形成脑回。另一种观点认为，高度相关的神经细胞群被构成白质的丝状轴突机械地拉得更近。然而，证据表明上述观点都不正确。第三种观点认为，灰质比白质长得多，形成“褶皱”，大脑皮层形成这种形状。

然而，研究人员表示，早期模拟这种褶皱的尝试并不成功。在以前的研究中，研究人员假设灰质又薄又硬，生长在又厚又软的白质上，但根据这一假设产生的褶皱与真实人脑上的褶皱不同。

在新的研究中，研究人员假设灰质和白质具有相似的硬度，但生长速度不同。利用数学模拟的方法，根据大脑的大小，他们的模拟产生了不同的大脑皮层形状。例如，一个直径小于1.3厘米的小大脑有望产生一个光滑的大脑皮层。中等大小的大脑预计会在灰质中产生一些脑沟，而较大的大脑会变得非常皱，一些脑沟会沉入白质。

科学家还利用双层膨胀凝胶材料复制了大脑中的褶皱现象，并证明只有当两层具有相似的柔软度时，形成的褶皱才能看起来与人脑的脑沟和脑回相似。

研究人员指出，尽管他们的模拟可以用于最基本的脑沟和脑回，但它不能解释大脑更复杂的特征，例如分隔左右大脑的纵向裂缝和其他区分大脑主叶的大脑沟。