Forschung, die die Falten im menschlichen Gehirn nachbildet, könnte mysteriöse Innenabläufe entschlüsseln

Neue Forschungen der John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences in Harvard haben ein Gehirnfalten-Replikationsmodell enthüllt, das Wissenschaftlern helfen könnte, die Innenabläufe des Gehirns besser zu verstehen. Durch die 3D-Replikation der Falten im menschlichen Gehirn zeigte das Forscherteam, dass zwar mehrere molekulare Prozesse vorliegen, die letztendlich die zellulären Ereignisse bestimmen, die eigentliche Ursache von Gehirnfalten jedoch im Wesentlichen eine mechanische Instabilität ist, die mit der Knickung in Verbindung gebracht wird.

Die Herstellung eines Gelgehirns

Mithilfe der MRT-Bildgebung erstellten Forscher ein Gelmodell, eine dreidimensionale Nachbildung eines glatten fötalen Gehirns. Die Oberfläche des Modells war mit einer Schicht Elastomergel beschichtet, die als Analogon zur Kortikalis fungierte. Um die kortikale Ausdehnung nachzuahmen, wurde das Modellgehirn in ein Lösungsmittel getaucht, das von der äußersten Schicht absorbiert wurde und im Vergleich zu den tieferen Regionen des Gelgehirns zu einer Schwellung führte. Innerhalb weniger Minuten nach dem Eintauchen in das flüssige Lösungsmittel führte die Kompression zur Bildung von Falten im Modell, die in Form und Größe denen tatsächlicher Gehirnfalten ähnelten.

Sogar die Forscher waren beeindruckt von den Ähnlichkeiten zwischen dem Gelhirn und dem tatsächlichen menschlichen Gehirn. Jun Chung, Postdoktorand und Co-Erstautor der Arbeit, sagte: „Als ich das Modell in das Lösungsmittel legte, wusste ich, dass es eine Faltung geben würde, aber ich hätte nie erwartet, dass sich im Vergleich zum menschlichen Gehirn ein ähnliches Muster ergibt.“ Er fuhr fort: „Es sieht aus wie ein echtes menschliches Gehirn.“

Die Relevanz und der Schlüssel zu diesen Ähnlichkeiten liegt in der einzigartigen Form des menschlichen Gehirns. Chung erklärt: „Die Geometrie des Gehirns ist wirklich wichtig, weil sie dazu dient, die Falten in bestimmte Richtungen auszurichten.“ Chung behauptet, dass ihr Modell, das im großen geometrischen Maßstab einem echten menschlichen Gehirn entspricht, die gleiche Krümmung aufwies, die zur Bildung von Falten führte, die denen eines echten fötalen Gehirns so sehr ähnelten.

Was ist in einer Gehirnfalte?

Es gibt viele Möglichkeiten, die Falten des menschlichen Gehirns aus evolutionärer Sicht zu rationalisieren. Beispielsweise glaubte man einst, dass gefaltete Gehirne ein Ergebnis der Entwicklung des großen Kortex seien, um in das kleine Volumen zu passen, mit dem Vorteil, dass die Länge der neuronalen Verkabelung verkürzt und dadurch die kognitive Funktion verbessert werde.

Bisher ungeklärt war, wie sich das Gehirn faltet. Im Laufe vieler Studienjahre wurden viele Hypothesen aufgestellt. Allerdings wurde keine dieser Entwicklungen direkt genutzt, um zu überprüfbaren Vorhersagen zu führen. Jetzt konnten Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Scientists in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern in Frankreich und Finnland zeigen, dass die letztendliche Ursache von Gehirnfalten das Ergebnis einer einfachen mechanischen Instabilität ist, die höchstwahrscheinlich a ist Ergebnis der Knickung.

Warum es wichtig ist

Das Gehirn wird nicht bei allen Menschen genau gleich sein, aber alle Gehirne sollten die gleichen großen Falten aufweisen, was auf eine gute Gesundheit hinweist. Diese Forschung zeigt, dass, wenn die globale Geometrie des Gehirns unterbrochen wird oder ein Teil nicht richtig reift/wächst, die Hauptfalten möglicherweise nicht dort vorhanden sind, wo sie sollten; was zu einer Funktionsstörung des Gehirns führen kann. Diese Studie hilft Wissenschaftlern, die Falten im Gehirn besser und tiefer zu verstehen, was dazu beitragen könnte, die innersten Funktionen des menschlichen Gehirns zu entschlüsseln und letztendlich einige Gehirnstörungen erklären könnte.

Quellen

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. (2016, 1. Februar). Neue Forschung reproduziert ein faltendes menschliches Gehirn in 3D: Studie untermauert ein einfaches mechanisches Gerüst für die Faltung des menschlichen Gehirns. ScienceDaily . Abgerufen am 2. Februar 2016 von www.sciencedaily.com/releases/2016/02/160201122842.htm

‍