Η έρευνα που αναπαράγει τις πτυχές στον ανθρώπινο εγκέφαλο θα μπορούσε να ξεκλειδώσει μυστηριώδεις εσωτερικές λειτουργίες

Νέα έρευνα που ολοκληρώθηκε από τη Σχολή Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών John A. Paulson του Χάρβαρντ ξεκλείδωσε ένα μοντέλο αντιγραφής πτυχής του εγκεφάλου που μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τις εσωτερικές λειτουργίες του εγκεφάλου. Μέσω της τρισδιάστατης αναπαραγωγής των πτυχών στον ανθρώπινο εγκέφαλο, η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι αν και υπάρχουν πολλαπλές μοριακές διεργασίες που τελικά καθορίζουν τα κυτταρικά συμβάντα, η πραγματική αιτία των πτυχών του εγκεφάλου είναι ουσιαστικά μια μηχανική αστάθεια που έχει συνδεθεί με τον λυγισμό.

The Making of a Gel Brain

Οι ερευνητές έφτιαξαν ένα μοντέλο γέλης, μια τρισδιάστατη αντιγραφή ενός λείου εμβρυϊκού εγκεφάλου μέσω απεικόνισης MRI. Η επιφάνεια του μοντέλου επικαλύφθηκε με ένα στρώμα ελαστομερούς γέλης, το οποίο λειτουργούσε ως ανάλογο του φλοιού. Προκειμένου να μιμηθεί τη διαστολή του φλοιού, ο εγκέφαλος του μοντέλου βυθίστηκε σε έναν διαλύτη που απορροφήθηκε στο πιο εξωτερικό στρώμα, οδηγώντας σε διόγκωση σε σχέση με τις βαθύτερες περιοχές του εγκεφάλου γέλης. Μέσα σε λίγα λεπτά από τη βύθιση στον υγρό διαλύτη, η συμπίεση είχε ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό πτυχών στο μοντέλο, παρόμοιων σε σχήμα και μέγεθος με εκείνο των πραγματικών πτυχών του εγκεφάλου.

Ακόμη και οι ερευνητές εντυπωσιάστηκαν με τις ομοιότητες στον εγκέφαλο γέλης και στον πραγματικό ανθρώπινο εγκέφαλο. Ο Jun Chung, μεταδιδακτορικός συνεργάτης και συν-πρώτος συγγραφέας της εργασίας είπε: «Όταν έβαλα το μοντέλο στο διαλύτη ήξερα ότι θα έπρεπε να αναδιπλωθεί, αλλά ποτέ δεν περίμενα τέτοιου είδους στενό μοτίβο σε σύγκριση με τον ανθρώπινο εγκέφαλο». Συνέχισε περαιτέρω λέγοντας: «Μοιάζει με πραγματικό ανθρώπινο εγκέφαλο».

Η συνάφεια και το κλειδί για αυτές τις ομοιότητες βρίσκεται στο μοναδικό σχήμα του ανθρώπινου εγκεφάλου. Ο Chung δηλώνει, «Η γεωμετρία του εγκεφάλου είναι πραγματικά σημαντική γιατί χρησιμεύει στον προσανατολισμό των πτυχών προς ορισμένες κατευθύνσεις». Οι ισχυρισμοί του Chung είναι ότι το μοντέλο τους, το οποίο σε μεγάλη γεωμετρική κλίμακα είναι το ίδιο με έναν πραγματικό ανθρώπινο εγκέφαλο, είχε την ίδια καμπυλότητα, η οποία οδήγησε στο σχηματισμό πτυχών που ταίριαζαν τόσο πολύ με αυτό ενός πραγματικού εμβρυϊκού εγκεφάλου.

Τι υπάρχει σε μια πτυχή του εγκεφάλου;

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους μπορεί κανείς να εκλογικεύσει τις πτυχές του ανθρώπινου εγκεφάλου από μια εξελικτική προοπτική. Για παράδειγμα, κάποτε πίστευαν ότι οι αναδιπλωμένοι εγκέφαλοι ήταν αποτέλεσμα της εξέλιξης του μεγάλου φλοιού για να χωρέσει στον μικρό όγκο με το πλεονέκτημα της μείωσης του μήκους της νευρωνικής καλωδίωσης και επομένως της βελτίωσης της γνωστικής λειτουργίας.

Αυτό που ήταν προηγουμένως ανεξήγητο ήταν το πώς διπλώνει ο εγκέφαλος. Κατά τη διάρκεια πολλών ετών μελέτης έχουν προταθεί πολλές υποθέσεις. Ωστόσο, καμία από αυτές τις εξελίξεις δεν έχει χρησιμοποιηθεί άμεσα για να οδηγήσει σε ελεγχόμενες προβλέψεις. Τώρα, οι ερευνητές του Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Scientists, σε συνεργασία με επιστήμονες στη Γαλλία και τη Φινλανδία, μπόρεσαν να δείξουν ότι η τελική αιτία των πτυχών του εγκεφάλου είναι το αποτέλεσμα μιας απλής μηχανικής αστάθειας που είναι πιθανότατα αποτέλεσμα λυγισμού.

Γιατί έχει σημασία

Ο εγκέφαλος δεν θα είναι ακριβώς ο ίδιος σε όλους τους ανθρώπους, αλλά όλοι οι εγκέφαλοι θα πρέπει να έχουν τις ίδιες κύριες πτυχές, που δείχνουν καλή υγεία. Αυτή η έρευνα δείχνει ότι εάν η σφαιρική γεωμετρία του εγκεφάλου διακοπεί, ή εάν μέρος δεν ωριμάσει/αναπτύσσεται σωστά, τότε οι κύριες πτυχές μπορεί να μην υπάρχουν εκεί που θα έπρεπε. που μπορεί να οδηγήσει σε δυσλειτουργία του εγκεφάλου. Αυτή η μελέτη βοηθά τον επιστήμονα να κατανοήσει καλύτερα τις πτυχές στον εγκέφαλο σε μεγαλύτερο βάθος, κάτι που μπορεί να βοηθήσει να ξεκλειδώσει τις πιο εσωτερικές λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου και θα μπορούσε τελικά να εξηγήσει ορισμένες εγκεφαλικές διαταραχές.

Πηγές

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. (2016, 1 Φεβρουαρίου). Νέα έρευνα αντιγράφει έναν αναδιπλούμενο ανθρώπινο εγκέφαλο σε 3D: Η μελέτη τεκμηριώνει ένα απλό μηχανικό πλαίσιο για το πώς διπλώνει ο ανθρώπινος εγκέφαλος. ScienceDaily . Ανακτήθηκε στις 2 Φεβρουαρίου 2016 από www.sciencedaily.com/releases/2016/02/160201122842.htm

‍