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观看:大脑如何形成褶皱

了解科学家如何构建了一个3D打印的人工大脑,以模拟人类大脑中褶皱和沟壑的独特结构。

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研究人员创造的大脑凝胶模型。(图片来源:Mahadevan Lab/Harvard SEAS)科学家们在实验室里进行了一些令人头晕目眩的折纸实验。为了研究大脑如何形成其独特的褶皱和沟壑结构,来自芬兰和美国的科学家团队用3D打印的人工大脑重现了折叠过程。人们很容易将他们的模型误认为是真品,他们于周一在《自然物理学》杂志上发表了他们的超现实模拟结果。

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构建大脑

研究人员用一种基于硅凝胶的材料构建了他们光滑的大脑,这种材料模拟了哺乳动物大脑的早期生长阶段。然后,他们用一层不同的凝胶涂覆模型,这种凝胶在溶剂中会生长和膨胀。在溶液中浸泡不到30分钟后,大脑模型扭曲成了一个令人毛骨悚然的人类大脑的精确复制品。随着膨胀,薄凝胶层模拟了大脑皮层(我们大脑的外层)的行为——产生那些标志性的褶皱。随着生长,它坍塌并扭曲成深沟,增加了其表面积,但保持了其整体形状。

大脑模型在浸泡在特殊溶液之前和之后。(图片来源:Tallinen et al/Nature Physics)研究人员表示,这项演示为大脑的独特结构提供了一种基于物理学的解释,而不是生物化学或遗传学。并非所有大脑都像我们的大脑一样有褶皱。事实上,大多数动物的大脑都是光滑的。灵长类动物、鲸鱼和猪是“褶皱大脑俱乐部”中仅有的其他成员。普遍认为,大脑之所以发展出褶皱,是为了在保持相同体积的同时增加其表面积,从而为我们提供更多的处理能力。

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