脳の奇妙なひだは基礎物理学のおかげである

人間の脳は、複雑なパターンで内側と外側に曲がる特徴的なひだで知られています。このひだのおかげで、かなり大きな脳を頭蓋骨の中に詰め込むことができ、脳内で情報を伝達するニューロンと回路の間の距離を短縮できます。しかし、これまで、このひだがどのように起こるのかは簡単には説明できませんでした。現在、研究者グループは、3Dプリントされた胎児の脳のゲルモデルを使用して、単純な物理的力によって脳が引っ張られ、特徴的なロードマップのような曲線に折りたたまれることを示しました。彼らの研究は、今週、 Nature Physics誌に掲載されました。

1975 年当時、科学者たちは、私たちの脳がこのように形成されたのは、生化学反応 (別の理論) によるものではなく、単に物理法則によるものだと推測していました。しかし当時、科学者たちはその理論を証明する適切な実験を思いつきませんでした。そこで、研究者グループが、脳に働く力を実証する楽しい実験を考案しました。

まず、研究者たちは、折り畳みが始まる前の、発達中の胎児の滑らかな脳の 3D プリント ゲル モデルを作成しました。このモデルは 2 つのゲル層で構成されていました。内側の層は白質を模倣し、外側のエラストマー ゲルは内側の層を覆い、外側の皮質灰白質として機能します。2 つの層が一緒になって、脳の成長を模倣します。モデルを溶液に入れると、研究者の推測どおり、胎児のゲル脳はすぐに特徴的な折り畳みを形成しました。ゲルの異なる層がわずかでも膨張すると、圧縮力が発生し、外側の層が引っ込むように強制されました。

研究者らは、作用する力のコンピューターシミュレーションも作成した。研究者らは、脳内でもおそらく同じことが起こっていると書いている。脳の皮質（小脳の外側の層）が拡大し始めると、かなりの圧力がかかる。この圧力によって脳は機械的に不安定になり、外側の層が折りたたまれてシワができる。

この理論は、脳の発達だけでなく、脳の発達がうまくいかなくなり、特定の種類の脳障害につながる理由についても理解を深めるのに役立つ可能性があると研究者らは述べている。「脳は人によってまったく同じではありませんが、健康であるためには、私たち全員が同じ主要なひだを持っている必要があります」と、ハーバード大学の工学教授で論文の共著者であるジュン・ヨン・チョン氏はプレスリリースで述べている。「私たちの研究は、脳の一部が適切に成長しなかったり、全体的な形状が乱れたりすると、主要なひだを正しい場所に持たず、脳の機能障害を引き起こす可能性があることを示しています。」