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驚悚向3D打印,展示胎兒大腦發(fā)育過程

時間:2016-02-06 10:12 來源:雷鋒網(wǎng) 作者:中國3D打印網(wǎng) 閱讀:

想必我們對大腦的樣子并不陌生。一層層的褶皺口感獨特,是僵尸的最愛(誤)。

驚悚向3D打印,展示胎兒大腦發(fā)育過程

    科學(xué)家認為褶皺形式使得大表面積的大腦皮層能容納進我們的頭蓋骨里——這樣就減少了神經(jīng)布線長度還能改善認知功能——但是大腦如何最終形成了這樣的復(fù)雜形狀?

   哈佛大學(xué)的研究員用3D打印造出一個層狀的大腦模型。這個模型模擬了實際中大腦皮層的褶皺方式。借此,研究員們離大腦皮層復(fù)雜形狀的形成過程的真相近了一步。

   人類大腦褶皺的形成開始于懷孕20周時,之后這個過程會持續(xù)到小孩差不多18個月大的時候。

褶皺隨著大腦的生長而產(chǎn)生,同時,神經(jīng)元細胞數(shù)量、大小、形狀、位置都促成皮層的擴張——皮層也叫灰質(zhì)——相對于其下方的白質(zhì)而言。

驚悚向3D打印,展示胎兒大腦發(fā)育過程

為了用人造的大腦來模擬折疊的過程,科學(xué)家們獲取了人類胎兒的MRI(核磁共振成像)圖像。擁有數(shù)據(jù)后,他們3D打印出一個膠質(zhì)的光滑沒有褶皺的胎兒大腦模型(代表實際中褶皺產(chǎn)生前的大腦)。

然后在模型表面涂上一層薄薄的彈性膠體(代表人造大腦皮層)。為了復(fù)制皮層擴張的自然過程,膠質(zhì)大腦被浸泡在一種溶劑中,這樣就能使大腦的外層膨脹。

只需要幾分鐘——這里的見到的GIF圖是加速了的——人造大腦的外層就模擬出了實際中的大腦褶皺的形成。

驚悚向3D打印,展示胎兒大腦發(fā)育過程

參與實驗的某個研究員說:“我們發(fā)現(xiàn),一條非常簡單的物理法則就能模擬出皮層褶皺現(xiàn)象,而且從定性的角度來看,模擬出的結(jié)果跟我們對實際的胎兒大腦的觀察相似。伴隨著迭代和變異的簡單漸進式變化,使得擴張的薄皮層塞進了一個小體積的容器內(nèi),并且它是大腦褶皺(也就是我們所知的腦回)形成的主導(dǎo)因素。”

根據(jù)研究人員的說法,皮層擴張導(dǎo)致的褶皺的形狀和位置對健康來說非常關(guān)鍵,因為大腦的形態(tài)跟它的功能相關(guān)。

參與實驗的一個研究員鐘俊陽說:“大腦的幾何結(jié)構(gòu)真的非常重要,因為它幫助確定褶皺的形成方向。每個人的大腦并不完全一樣,但我們都得擁有相同的主要褶皺來做一個健康的人。”

這些在Nature Physics(自然物理學(xué))上被報道的發(fā)現(xiàn)能幫助科學(xué)家更好地理解大腦的表面形狀跟大腦的內(nèi)部工作方式的關(guān)系。

鐘俊陽說:“我們的研究表明如果大腦的一部分生長不合理,或者整體的幾何結(jié)構(gòu)被打亂了,那么主要的褶皺可能就不會待在正確的位置,這樣就會導(dǎo)致潛在的機能障礙。”

(責(zé)任編輯:admin)

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