大脑是如何形成的？近60万美元基金项目分析胎儿大脑的折叠和生长

一项价值587853美元的国家科学基金会项目研究大脑折叠是如何形成的。

　　

围绕着人类大脑的谜团仍然很多，但其中最重要的是它是如何形成的，以及最初几周对一个人未来生活的影响。

宾汉姆顿大学和哈佛医学院即将进行的研究将使用计算机建模和胎儿大脑发育的高级成像，试图回答一些长期存在的问题。

美国国家科学基金会(National Science Foundation)的生物力学和机械生物学项目(Biomechanics and Mechanobiology Program)最近批准了一项587,853美元的拨款，希望更好地理解使每个人类大脑独特的生长和折叠。

Thomas J. Watson工程与应用科学学院机械工程系的助理教授Mir Jalil Razavi将领导这项研究。

Razavi第一次对大脑研究感兴趣是在2014年，当时他在佐治亚大学获得了博士学位。他的导师正在研究分子动力学建模，以预测原子和分子的物理运动，但他想通过研究软组织的力学建模来扩展研究领域。

Razavi说:“关于软生物组织的一个重要话题是大脑。”“对我们来说，这是一个谜，我们的大脑是如何在妊娠22到25周后从最平稳的状态开始的，但在几周内，大脑的表面积和体积会扩大，大脑也会折叠。”

2018年来到宾厄姆顿时，Razavi专注于人类皮肤的力学，与沃森学院生物医学工程系的盖伊·德曼(Guy German)副教授一起进行研究。

对于这项基金项目，他希望分析大脑褶皱的形成快速增长的灰质(高级思维的外层做的)生长的白质(内层之间不同灰质区域之间通信和灰质和身体的其余部分)。

人类大脑中大约有1000亿个神经元，信息通过复杂的轴突纤维网络传输，如果一端连接到另一端，从地球到月球的整个网络可以延伸23.9万英里。这一网络的大部分线路在出生前就已经形成，因为成长中的大脑会形成褶皱，以随机但重要的方式连接神经元。

Razavi说:“从生物学的角度来看，我们并不了解其潜在的机制，但我们可以从力学的角度说，我们有褶皱是因为我们在层的生长速度上不匹配。”“这不仅仅是大脑的问题。如果我们有一个多层系统，而外层的生长速度比内层快，那么我们就会出现不稳定性和折叠。”

哈佛医学院翻译放射学研究主任Gholipour使用标准磁共振成像(MRI)和脑特异性扩散张量成像(DTI)对25周和36周的50个胎儿进行了扫描，DTI可以绘制细胞内分子的扩散过程。

Razavi说:“Gholipour教授和他的团队对胎儿大脑有最精确的核磁共振成像和DTI。”“获得这些图像真的很困难，因为怀孕的本质意味着胎儿在运动。人出生后，就可以把人置于静止状态。”

研究人员将这50个胎儿的大脑发育和折叠情况与拉扎维的计算机模型进行比较，以确定预期的模式是否与实际相符。

“如果我们是精确的，那么结果应该是相近的。否则，我们会说:‘有什么问题吗?我们的模型中没有包括哪些其他因素?’我们包含了很多数据，但我们不知道会发生什么。”

Razavi认为这项研究是理解一些大脑疾病的开端，如自闭症、精神分裂症和多小回(大脑表面有许多脊或褶皱)。从那里，他可能看到了一生中可能的大脑相关研究的途径可以扩展。

“我认为我们需要很长时间来破译大脑的奥秘，因为它与其他器官根本无法相提并论。这是完全不同的，非常复杂，”他说。