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一項新的研究顯示，我們的大腦之所以布滿褶皺并具有核桃似的形狀，是因為大腦皮層即灰質(zhì)的快速生長受到了白質(zhì)的限制。

 

研究人員發(fā)現(xiàn)，大腦皮層凹陷的溝和隆起的回取決于兩個簡單的幾何參數(shù)———灰質(zhì)的生長速度及其厚度。今天發(fā)表在美國《國家科學院學報》月刊上的研究顯示，可以在實驗室利用雙層凝膠模擬大腦褶皺的形成。

 

研究人員指出，除了這些限制，基因也對決定大腦形狀有所影響，因為基因?qū)ι窠?jīng)細胞如何增殖并移動到它們的目的地起調(diào)控作用。

 

所有哺乳類物種都有大腦皮層，但只有較大型的哺乳類才具有褶皺的大腦皮層。舉例而言，老鼠大腦的表面光滑，而比這大得多的大腦，比如人類的大腦則具有大量溝回。褶皺的大腦皮層擁有更大的表面面積，這就意味著具備更強大的信息處理能力，但尚未完全清楚是什么因素決定了人類大腦的標志性溝回形狀。

 

掌握大腦是如何形成褶皺的，可能有助于科學家更好地解釋多小腦回、巨腦回、無腦回等先天性病癥。

 

歷史上，關于腦溝和腦回是如何形成的有三種思路：一種看法是，大腦皮層的某些區(qū)域生長較快進而比其他區(qū)域凸出，形成了腦回。另一個看法是，相互之間高度關聯(lián)的神經(jīng)細胞群被構(gòu)成白質(zhì)的絲狀軸突機械地拉近距離。然而，證據(jù)表明上述兩種觀點都不正確。第三種看法是，灰質(zhì)的生長超過白質(zhì)，形成了“褶皺”，令大腦皮層具備這種形狀。

 

但研究人員稱，模擬這種褶皺的早期嘗試并未獲得成功。在此前的研究中，研究人員假設灰質(zhì)是薄且堅硬的，在厚且柔軟的白質(zhì)上生長，但根據(jù)這種假設所產(chǎn)生的褶皺與真實的人類大腦上的褶皺并不相同。

 

在新的研究中，研究人員假設灰質(zhì)和白質(zhì)具有相似的堅硬程度，但生長速度不同。利用數(shù)學模擬的方法，根據(jù)大腦大小的不同，他們的模擬產(chǎn)生了不同的大腦皮層形狀。舉例而言，直徑不足1.3厘米的小型大腦預計會產(chǎn)生光滑的大腦皮層。中等大小的大腦預計會在灰質(zhì)中產(chǎn)生一些腦溝，而體積較大的大腦則會變得十分褶皺，會有腦溝陷入白質(zhì)。

 

科學家們還利用雙層膨脹凝膠材料復制了大腦形成褶皺的現(xiàn)象，并表明，只有這兩層具備相似的柔軟程度時，形成的褶皺看上去才會與人類大腦的腦溝和腦回相似。

 

研究人員指出，雖然他們的模擬可用于最基本的腦溝和腦回，但這并不能解釋大腦更加復雜的特征，比如，將左右腦分開的大腦縱裂，以及區(qū)分大腦主要腦葉的其他大的腦溝。