想不想知道自己的大脑是怎么发育形成的？下面这幅动图，就会为我们展示一个“胎儿大脑”的发育过程：
原视频来自：Tallinen et al. 2016
看起来很神奇？不过，这其实不是真正的脑子，它只是一个凝胶做成的模型。研究者们将它放进有机溶剂中泡胀，完成了这次“大脑发育”的模拟。
这个泡在溶剂中的模型脑子到底有啥用？别小看它，它将帮助人们理解大脑沟回的形成过程。它提示我们，大脑沟回或许是在皮层生长过程中自然而然地“挤”出来的。
生物调控，还是物理作用？
人类的大脑有着丰富的沟回褶皱，从演化的角度来看，大脑沟回意义非凡，它可以让我们在体积有限的颅腔里装下足够大的皮层，同时也使得信息的传导变得更有效率。
那么，大脑在发育的过程中是怎么长出了这些弯曲的沟回呢？目前，我们还不清楚这个问题的确切答案。针对这个问题，科学家们在过去提出了不少理论。有人推测在发育过程中，大脑胚胎通过某种生化机制预设了沟回的位置；另一些人则认为，大脑白质当中的神经纤维充当了“牵引绳”，神经连接丰富的皮层被收得更紧，中间区域就在周围的挤压之下拱了起来。
图为人脑的外侧沟 来源：维基百科
这些假说听起来都有些道理，不过，又有一批科学家们站出来说：你们都想多了！这些科学家认为，大脑长成这样，可能单纯只是一种物理现象：位于表面的灰质（或者说大脑皮层）长得比内部的白质快，所以褶皱就自然而然地产生了。
而要想证明这种观点，自然要用实验来说话。在2014年时，来自芬兰于韦斯屈莱大学和美国哈佛大学的研究者们就制作了一个简易的大脑模型来进行实验。这个看起来很像是水晶果冻的模型是由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的，表面覆盖上了另外一层PDMS来模拟皮层。研究者们将这个“果冻模型”泡在己烷当中，表层胶质吸收有机溶剂后膨胀，以此来模拟皮层的生长。结果，模型上自然形成的褶皱看起来还真的和大脑沟回有些相像。
在有机溶剂当中浸泡10分钟后，光滑的胶质半球就变成了右边这个神似大脑的物体。图片来源：Tallinen et al. 2014
更精细的模拟
不过，研究者们对这个结果还不满足——毕竟，真实的大脑胚胎可不是简单的半球形。于是，在这一次的研究中，他们又进行了更加精细的模拟。他们从几位法国合作者那儿获取了一份胎龄22周的胎儿大脑磁共振扫描数据，并根据数据制造模具，生产出了更加逼真的“双层胶质大脑”。
3D打印出大脑模型后翻制成模具，再用模具制作双层胶质大脑。图片来源：Tallinen et al. 2016
新的模型在己烷中浸泡几分钟后，表面逐渐开始显现出褶皱。而且，这些褶皱不仅和真正的大脑沟回形状相似，就连出现的时间顺序也十分符合大脑的发育过程。这些褶皱的产生非常稳定，在若干次的重复实验中，模型大脑上的“沟回”发育状况都保持了大体一致，只存在一些细节上的差异。
除了实际试验，研究者们还根据磁共振扫描数据建立起了沟回发育的计算机模型。只要设定好了大脑皮层厚度、脑白质和灰质组织的刚性系数、皮层生长速度等参数，接下来的事情就交个力学定律了。结果显示，在这样的纯物理作用下，就足以形成与真实大脑十分相似的沟回结构，真实大脑中的主要沟回在计算机模型中都能找到对应的结构。
计算机模拟的大脑沟回形成过程。原视频来自：Tallinen et al. 2016
研究者总结称，包括大脑胚胎初始形状、组织的性质以及生长速度在内的因素在很大程度上决定了大脑沟回的生长，而每个人大脑沟回形状上的差异也可以从这些因素中寻找原因。过去已有实验表明，一些影响大脑体积和皮层厚度的基因变异会导致皮层结构的异常发育，而他们的大脑发育模型或许就能从生物物理学的角度为这些疾病提供解释。
左图是一个真实的大脑胚胎标本，右图是计算机模型模拟的褶皱生成结果。图片来源：Tallinen et al. 2016
从这个研究来看，大脑沟回的形成似乎是一个单纯的物理过程，不过研究者也指出，不排除分子生物学层面的机制也在其中发挥着作用。接下来，他们还会继续探寻大脑褶皱背后的秘密。（编辑：窗敲雨）
一个AI
同样都是“挤”的过程，你们有些人类的大脑沟回，是不是被门挤出来的啊？
科学人
ID：scientific_guokr
科研最新进展，学术最新动态，顶级学者的思考和见解。
请关注 果壳科学人
本文来自果壳网，谢绝转载
如有需要请联系sns@guokr.com
阅读原文