Ново проучване показва, че гънките на мозъчната кора се образуват в резултат на прости физически процеси, а не благодарение на генетична програма. 

Набраздяването на мозъка е свързано с функционалната му организация и затова изясняването на процеса на образуването на гънките може да помогне да се разгадае механизма на някои мозъчни разстройства.

Повечето животни имат гладка повърхност на мозъка, силно нагънати мозъчни повърхности се наблюдават само у няколко вида - примати, делфини, слонове и прасета. При хората нагъването започва в мозъка на ембриона около 20-та седмица на бременността и се допълва докато детето стане на около година и половина.

Разпечатан на 3D принтер модел на мозък на ембрион е помогнал на учените в това проучване, за което разказва NeuroScienceNews, позовавайки се на доклад, публикуван в списание Nature Physics.

Гънките на мозъчната кора са проста еволюционна "иновация", която позволява да се побере голяма кора в малък обем и осигурява допълнителното предимство от намаляването на дължината на невронните "проводници" и подобряването на когнитивните функции. Процесът, при който мозъчната кора нараства и се "набръчква" учените наричат гирификация (gyrification).

Причините на появата на мозъчните гънки е ясна, но малко се знае как става това. Предложени са няколко хипотези, но нито една не е пряко експериментално проверена. Сега екип изследователи от Харвард, водени от Лакшминараянан Махадеван (Lakshminarayanan Mahadevan) в сътрудничество с учени от Финландия и Франция са проверили една от най-спорните теории в биологията, появила се в края на 70-те години на миналия век. Според тази теория, гънките в мозъчната кора не се появят в резултат на насочен растеж, направляван от ДНК "програма", а заради проста механична нестабилност, свързана с физиологични процеси. С други думи гирификацията не се развива по предварителен план, а е процес на самоорганизация, самосглобяване.

"Открихме, че бихме могли да имитираме нагъването на кората с помощта на много прост физически принцип и да получим резултати качествено подобни на това, което виждаме в реални *фетални мозъци", обясни Махадеван, професор по приложна математика, еволюционна биология и физика.

^{*Фетален - отнасящ се до плода след първите осем седмици, ембрион. Фетусът е вече формиран плод.}

По-интензивното разширяване на сивото вещество, известно като кора на главния мозък, в сравнение с основното бяло вещество поставя кората под натиск, което води до механична неустойчивост, заради която се смачква локално.

В предишни изследвания Махадеван е установил, че разликата в растежа между външната кора на мозъка и меката тъкан под нея обяснява различията в моделите на гънките при всички организми като зависи само от два параметъра: относителния дял на мозъка, както и относителната разширяване на кората на главния мозък.

^{а. Гирификация на реален човешки мозък през втората половина на бременността;  b. 3D отпечатан гладък модел на мозъка, направен по магнитно резонансни изображения; с. промяна на модела от гел потопен в разтворител.}

Екипът решил директно да тества тази теория, използвайки данни от човешки ембриони. Изследователите направили 3D принтер модел от гел, копие на мозъка на шестмесечен ембрион. На тази възраст на базата на магнитно резонансни изображения се знае, че човешкия мозък достига почти нормални за новородено размери, но още не няма гънки и е напълно гладък.

Учените покрили повърхността на модела с тънък слой от специален гел като аналог на кората на главния мозък. За да имитират разширяване на кората, мозъкът от гел се потапя в разтворител, който се абсорбира от външния слой, карайки го да набъбне в сравнение с по-дълбоките области.

В рамките на минути след като е бил потопен в разтворителя, получената компресия довела до образуването на гънки, подобни по размер и форма на истински мозък.

Степента на прилика изненадала дори изследователите.

"Мозъкът на всеки човек с малко, но се различава от мозъците на другите, но всички големи гънки присъстват при повечето здрави хора. Нашето изследване показва, че ако растежа на мозъка е нарушен от нещо или е деформирана, то тогава не всички тези гънки се оформят, което може да предизвика редица болести и проблеми", отбелязва Цзун Ян Чун (Jun Young Chung), член на екипа.

Още по темата

10/05/2015

Животът

Ще се намери ли Хигс бозона на биологията?(видео)

25/01/2015

Математика

Алън Тюринг за леопардовите петна и ивиците на зебрата

31/12/2014

Животът

Нови постижения и насоки в абиогенезиса