3D打印模型研究证实脑褶皱形成缘于脑皮层变形不稳定

　　2016年02月25日讯 人脑有明显的丘峰和沟谷，从进化角度很容易解释，但人们却很难理解大脑褶皱的形成细节。据美国哈佛大学网站消息，该校研究人员与芬兰和法国科学家合作，证明了虽然细胞许多分子过程很重要，但最终导致脑褶皱形成的是脑皮层变形的力学不稳定性机制。

　　3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

　　从进化角度说，人脑褶皱之所以这样，是要在小空间里装下更大的脑皮层，减少神经元分支长度，提高认知功能。人类在怀孕20周左右，胎儿脑就开始出现褶皱，直到出生一年半左右，脑褶皱才算完成。哈佛大学鲍尔森工程与应用科学学院应用数学教授L·玛哈德文以往研究发现，在脑发育期间，脑皮层相对于下面白质的扩张会带来压力，产生力学不稳定性，这种不稳定使其形成了局部褶皱。

　　研究人员发表《自然·物理学》杂志上的论文称，他们用人类胎儿的脑数据检验了上述理论。按照3D磁共振图像，他们通过3D打印制作了一个光滑的胎儿脑的三维胶体模型，在其表面涂了一层薄薄的弹力胶，模仿脑皮层，然后把胶体脑浸入一种能被外层胶吸收的溶液，使外层相对于内部发生肿胀，模拟脑皮层扩张，在几分钟内，压力就使胶体脑形成了褶皱，且褶皱大小和形状都很像一个真实的脑。

　　扩张的相似性让研究人员也感到吃惊。“当我把模型放到溶液里时，我知道会产生褶皱，但没想到会如此近似。看起来就像一个真实的脑。”论文共同作者、博士后研究员郑君永说，“人脑的形状为褶皱方向提供了参照。我们的模型在形状和曲率上与人脑相同，因此形成的褶皱与真实的胎儿脑看起来非常符合。”

　　功能通常与结构有关，因此理解了大脑褶皱怎样形成，有助于揭示脑的内部工作原理，阐明与脑有关的疾病。郑君永还指出，人和人的脑并不完全一样，但作为健康人，主要褶皱应该都一样。如果一部分脑发育得不对，或整个脑形状被扰乱，可能无法在正确位置形成主要褶皱，导致脑功能障碍。