Mózg ludzkiego płodu jest gładki przez mniej więcej 20 pierwszych tygodni. Po tym czasie rozpoczyna się fałdowanie i trwa mniej więcej do 18 miesiąca po urodzeniu. Niektóre zwierzęta - na przykład szympansy, delfiny, słonie i świnie - także mają pofałdowane mózgi, jednak nie tak bardzo jak ludzie.

Głębokie fałdy, tworzące charakterystyczny wzór zwojów, bruzd i zakrętów przypominający orzech włoski pozwoliły naturze skonstruować potężny procesor mieszczący się w ciasnej przestrzeni czaszki. Powierzchnia kory mózgowej w pofałdowanym mózgu jest niemal trzy razy większa w porównaniu z gładkim mózgiem podobnej wielkości. Na pofałdowanej powierzchni mieszczą się miliony neuronów, a połączenia pomiędzy nimi mogą być krótkie, co przyspiesza działanie układu nerwowego.

Naukowcy od dawna wiedzieli, dlaczego kora mózgowa jest pofałdowana, natomiast nie było wiadomo jak to się dzieje. Mogło chodzić o sygnały genetyczne, biologiczne, chemiczne albo fizyczne oddziaływania.

Amerykańsko-europejski zespół naukowców kierowany przez Lakshminarayanana Mahadevan z Harvard University z Massachusetts ogłosił, że pofałdowanie można wyjaśnić fizycznie. Odkrycie powinno pomóc w lepszym zrozumieniu niektórych zaburzeń rozwojowych mózgu (nadmierne lub niedostateczne pofałdowanie może prowadzić do drgawek zaburzeń ruchowych, zaburzeń umysłowych i opóźnienia rozwoju intelektualnego.

Fałdy pojawiają się dzięki słabszym mechanicznie punktom, które powstają w rosnącym mózgu. Liczba, rozmiar i umiejscowienie komórek nerwowych w czasie wzrostu mózgu powodują ekspansję substancji szarej - kory mózgowej - w porównaniu z substancja białą. Naprężenia powodują wystąpienie fałd.

Mahadevan i jego zespół wykorzystali obrazy uzyskane dzięki badaniu rezonansem magnetycznym mózgów płodów aby zbudować trójwymiarowy model z żelu silikonowego. Następnie pokryli jego powierzchnię cienką warstwą elastomerowego żelu reprezentującego korę.

W celu naśladowania rozwoju mózgu, żelowy model został zanurzony w rozpuszczalniku, który został wchłonięty przez warstwę zewnętrzną. W rezultacie „kora” napęczniała w porównaniu z podłożem i pofałdowała się w ciągu kilku minut. Fałdy przybrały kształty i proporcje typowe dla ludzkiego mózgu – mimo, że nie było tam żadnej żywej tkanki. Podobne, a nawet bardziej spektakularne wyniki dały symulacje komputerowe.

Fizyczne wyjaśnienie naukowcy z Harvardu proponowali już 40 lat temu.(PAP)

pmw/ krf