Foetale hersenen beginnen te vouwen rond het middelpunt van het derde trimester, maar er is weinig bekend over het daadwerkelijke proces. Een nieuw model, waarin een stuk van de gel is gemaakt op te zwellen in een vloeistof bad, laat zien hoe het gebeurt in een verrassend detail nauwkeurig.
Heel wat dieren hebben hersenen die zijn voorzien van deze dalen en toppen, een selecte groep met mensen, sommige primaten, dolfijnen, olifanten en varkens. Bij de mens begint het proces rond de 20e week van de zwangerschap en meestal eindigt wanneer een baby is ongeveer een jaar en een half.
De reden voor het vouwen is dat onze grote bolle hersens had waarschijnlijk te evolueren deze capaciteit om te passen in onze schedels, terwijl ook het verminderen van de lengte van de bekabeling en het stimuleren van de cognitieve functie. Neurowetenschappers hebben een aantal fundamentele ideeën over hoe de hersenen plooien, maar niemand heeft echt geleefd tot empirische toetsing. Een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Physics door onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences corrigeert deze beperking.
De uiteindelijke gel model van een foetale hersenen na te zijn ondergedompeld in een oplosmiddel. Via Mahadevan Lab/Harvard ZEE
Om een betere greep op het corticale windingen, zoals ze genoemd wordt, een team onder leiding van biophysicists Julien Lefèvre en Lakshminarayanan Mahadevan gebruikt hersenscans om te bouwen van een 3D-geprinte lagen gel model van de ontwikkeling, glad, foetale hersenen. Om na te bootsen de cortex, een dunne laag van elastomeer gel werd aangebracht op het model. Door onderdompeling in een oplosmiddel, de onderzoekers waren in staat om te repliceren corticale groei en de tell-tale “beperkte uitbreiding.” In slechts een kwestie van minuten, het experiment leverde een brein dat zag er opmerkelijk mens-achtige.
Gesponsord
“Wanneer ik het model in het oplosmiddel, wist ik dat er moet vouwen, maar ik had nooit verwacht dat de soort in de buurt patroon in vergelijking met de menselijke hersenen,” merkte studie co-auteur Jun Jonge Chung in een Harvard persbericht. “Het ziet eruit als een echte hersenen.”
De onderzoekers zijn ook gemaakt met een computer simulatie van het vouwen van de hersenen, en het werkte op dezelfde manier.
Een vergelijkbaar proces waarschijnlijk gebeurt er in de foetale hersenen. Als de schors groeit, komt steeds meer onder druk. De resulterende compressie leidt tot een mechanische instabiliteit die ervoor zorgt dat de iconische vouwen. “Deze eenvoudige evolutionaire innovatie, met herhalingen en variaties, zorgt voor de dunne, maar uitgestrekte cortex te worden verpakt in een klein volume, en is de belangrijkste oorzaak achter hersenen vouwen, bekend als gyrification,” zei Mahadevan.
Daarnaast werpt nieuw licht op de foetale ontwikkeling van de hersenen, deze lijn van onderzoek zou kunnen verklaren van de oorzaken van bepaalde aandoeningen van de hersenen.
“De hersenen zijn niet precies hetzelfde van de ene mens naar de andere, maar we moeten allemaal dezelfde grote plooien om gezond te leven,” zei Chung. “Ons onderzoek toont aan dat als een deel van de hersenen niet behoorlijk groeien, of als de globale geometrie is verstoord, kunnen we niet de grote plooien op de juiste plaats, die kan leiden tot mogelijke dysfunctie.”
[De Natuur Natuurkunde]
Bovenste afbeelding: Mahadevan Lab/Harvard ZEE
E-mail de auteur george@gizmodo.com en volg hem op @dvorsky.