當3D技術以3D電影為先鋒進入我們的眼簾時,我們身邊已經出現了3D電視、3D游戲等以3D冠名的新鮮事物。如今“3D醫療打印”技術也已取得驚人進展,為科學研究做出了巨大貢獻。
人腦有明顯的丘峰和溝谷,從進化角度很容易解釋,但人們卻很難理解大腦褶皺的形成細節。據美國哈佛大學網站消息,該校研究人員與芬蘭和法國科學家合作,證明了雖然細胞許多分子過程很重要,但最終導致腦褶皺形成的是腦皮層變形的力學不穩定性機制。
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從進化角度說,人腦褶皺之所以這樣,是要在小空間里裝下更大的腦皮層,減少神經元分支長度,提高認知功能。人類在懷孕20周左右,胎兒腦就開始出現褶皺,直到出生一年半左右,腦褶皺才算完成。哈佛大學鮑爾森工程與應用科學學院應用數學教授L·瑪哈德文以往研究發現,在腦發育期間,腦皮層相對于下面白質的擴張會帶來壓力,產生力學不穩定性,這種不穩定使其形成了局部褶皺。
研究人員發表《自然·物理學》雜志上的論文稱,他們用人類胎兒的腦數據檢驗了上述理論。按照3D磁共振圖像,他們通過3D打印制作了一個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,使外層相對于內部發生腫脹,模擬腦皮層擴張,在幾分鐘內,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真實的腦。
擴張的相似性讓研究人員也感到吃驚。“當我把模型放到溶液里時,我知道會產生褶皺,但沒想到會如此近似。看起來就像一個真實的腦。”論文共同作者、博士后研究員鄭君永說,“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的胎兒腦看起來非常符合。”
功能通常與結構有關,因此理解了大腦褶皺怎樣形成,有助于揭示腦的內部工作原理,闡明與腦有關的疾病。鄭君永還指出,人和人的腦并不完全一樣,但作為健康人,主要褶皺應該都一樣。如果一部分腦發育得不對,或整個腦形狀被擾亂,可能無法在正確位置形成主要褶皺,導致腦功能障礙。