人类大脑以其标志性的褶皱而闻名，这些褶皱以一种错综复杂的模式向内弯曲和向外突出。这种折叠使我们能够将相当大的大脑塞进颅骨内，并缩短大脑内传输信息的神经元和电路之间的距离。但到目前为止，这种折叠是如何发生的一直没有得到清晰的解释。现在，一个研究小组利用一个胎儿大脑的3D打印凝胶模型，证明了简单的物理力是如何导致大脑收缩并折叠成其标志性的地图样曲线的。他们的研究本周发表在《物理学》杂志上。
早在1975年，科学家们就推测，我们的大脑形成并非出于生化反应（这是另一种理论），而是仅仅遵循物理定律。然而，当时他们未能找到一个恰当的实验来证明他们的理论。现在，一个研究小组提出了一个有趣的实验来演示作用的力。
首先，他们创建了一个3D打印的胎儿大脑凝胶模型，该模型在折叠发生之前是光滑的。该模型由两层凝胶组成：内层模仿白质，外层则是覆盖内层的弹性体凝胶，作为外皮层灰质。这两层共同模拟了大脑的生长。当他们将模型放入溶液中后，胎儿的凝胶大脑很快就形成了特征性的褶皱，正如研究人员所预料的那样。随着不同层凝胶的轻微膨胀，它们产生了压缩力，迫使外层向后收缩。
研究人员还创建了一个作用力的计算机模拟。他们写道，这很可能也是大脑中发生的情况。当大脑皮层——大脑的外层——开始膨胀时，它会承受巨大的压力。这种压力导致大脑在力学上不稳定，并迫使外层折叠，形成褶皱。
研究人员表示，这一理论不仅有助于我们更好地理解大脑发育，还能帮助我们理解大脑发育为何会出错并导致某些类型的大脑疾病。“不同的人，大脑并非完全相同，但为了健康，我们都应该拥有相同的主要褶皱，”哈佛大学工程学教授、该论文的合著者Jun Young Chung在新闻稿中说。“我们的研究表明，如果大脑的某个部分没有正确生长，或者整体几何形状受到干扰，我们可能无法在正确的位置形成主要褶皱，这可能会导致大脑功能障碍。”
