دانشمندان موفق به مدل‌سازی شیارهای مغز شدند

محققان دانشگاه هاروارد موفق شدند شیارهای مغز انسان را با استفاده از مدلی ساده در دو لایه بازسازی کرده و نشان دهند که شکل پیچیده مغز دارای منشأ فیزیکی است.

به گزارش ایسنا، دانشمندان نسخه‌ای از مغز نرم و چین نخورده جنین را ساخته و آن را با لایه دومی پوشش دادند که در زمان غوطه‌ور شدن در یک حلال، منبسط می‌شد.

این انبساط باعث شکل‌گیری شبکه‌ای از شیارها شد که بسیار شبیه الگوی مشاهده شده در مغز واقعی انسان است.

این دستاورد نشان داد که چین‌های مغز با قوانین فیزیک ایجاد می‌شوند. بخش بیرونی سریعتر از سایر بخشها رشد کرده و چین می‌خورد. این اوریگامی قشری که در برخی حیوانات مانند دلفین‌ها و نخستی‌ها نیز تکامل یافته است، ممکن است روش طبیعت برای حل مشکل بسته‌بندی کم‌جا باشد.

به گفته محققان، این ابتکار ساده تکاملی با تکرار و تغییرات به یک قشر بزرگ اجازه داد تا در یک حجم کوچک فشرده شود و این امر احتمالا دلیل اصلی چین‌خوردگی مغز است.

سطح خارجی مغز انسان یک حجم پر از برآمدگی‌های شقاق منحنی موسوم به شکنج (gyri) و شیار (sulci) است که همگی از ماده خاکستری ساخته شده‌اند. در زیر این ماده خاکستری، ماده سفید قرار دارد و شامل مجموعه‌ای از فیبرهای عصبی برای ارسال و دریافت سیگنال به مغز و سایر اندام بدن است.

دانشمندان از مدتها پیش بر این گمان بودند که سطح پر از چین مغز برای جا دادن سلول‌های مغزی بیشتر در فضای نسبتا کوچک مغز تکامل یافته است.

محققان در این تحقیق یک مغز مصنوعی به تقلید از مغز واقعی انسان را در محیط ژل تولید کردند. در رحم مادر، مغز جنین بسیار نرم است اما بین هفته‌های 14 و 26، این اندام در یک توالی قابل پیش‌بینی از یک منطقه مغزی به منطقه دیگر چین می‌خورد.

محققان برای تقلید از این فرآیند از تصاویر ام‌آرآی مغز جنین استفاده کرده و یک ژل کاملا مشابه مغز در حال رشد را تولید کردند. بخش بیرونی این مغز ساختگی، با یک ژل الاستومر کشسان پوشش داده شد تا از لایه قشری تقلید کند. این نسخه ژلی در یک ظرف پر از محلول قرار داده شد. مغز بسرعت مایع حلال را به خود جذب کرده و لایه بیرونی بسیار سریعتر از لایه درونی منبسط شد. این انبساط نابرابر باعث فشرده و چین خوردن آن شد و طی چند دقیقه محققان توانستند چین و شکن مشابه مغز انسان را بازسازی کنند.

این تحقیق در مجله Nature Physics منتشر شده است.