Egyszerű fizika áll az agy barázdálódásának hátterében

Egy kutatócsoport egy gélből álló modellagyon igazolta, hogy a barázdák kialakulása annak az eredménye, hogy a kéreg gyorsabban növekszik, mint a fehérállomány.

Egyszerű fizika áll az agy barázdálódásának hátterében

Az emberi agy jellegzetes, barázdált szerkezete az embrionális fejlődés során fellépő fizikai kölcsönhatások eredménye, állítjaegy nemzetközi kutatócsoport. A szakértők az agy 3D-nyomtatással létrehozott, gélből álló modelljén mutatták meg, hogyan alakulnak ki a redők és barázdák, ahogy a kéreg a fehérállományhoz képest sokkal gyorsabb ütemű növekedésbe kezd a korlátozott méretű helyen. A barázdált szerkezet mechanikai eredetét először 1975-ben vetették fel a kutatók, mostanáig azonban senki sem ötlött ki megfelelő módot ennek tényleges tesztelésére.

Az emberéhez hasonló, erősen barázdált aggyal csak nagyon kevés faj rendelkezik. Ide tartozik a főemlősök egy része, a delfinek, az elefántok és a sertések. Evolúciós szempontból ezen agyszerkezet kialakulásának okára egyszerű választ adni, hiszen a redők és barázdák révén megnövelhető a felületet alkotó neuronok száma, a köztük lévő távolságok ugyanakkor lerövidülnek, és mindkét tényező magasabb szintű kognitív működést tesz lehetővé. Az emberben az agykéreg az embrionális fejlődés 23. hete környékén kezd el „gyűrődni”, és a barázdálódás folyamata egészen a felnőtt kor kezdetéig tart, vagyis amíg az agy növekszik. A növekedési időszak alatt az agy térfogata 20-szorosára, míg felülete 30-szorosára növekszik.

Míg a barázdálódás célja elég hamar világossá vált, annak mechanizmusa sokáig bizonytalannak tűnt. A kutatók különböző biokémiai és mechanikai elméleteket dolgoztak ki azzal kapcsolatban, hogyan alakulnak ki a redők. Ez utóbbi teóriák egyike volt, hogy a kéreg egyszerűen az egyre szaporodó kérgi idegsejtek mechanikai nyomása miatt kezd meggyűrődni a jól ismert formában. Tuomas Tallinen, a Jyväskyläi Egyetem kutatója francia és amerikai kollégáival most igazolta, hogy ez valóban így van: az agykéreg gyorsabban gyarapodik, mint az agy mélyebb rétegei, miközben vastagsága alig változik. A kéregnek tehát gyakorlatilag csak a felülete növekszik, az a felület viszont, amelyen nő, sokkal lassabban gyarapodik. A fellépő erők eredményeként pedig a kéreg barázdákba rendeződik.

A teória igazolása érdekében a kutatók létrehoztak egy kétféle gélből álló modellt, lemásolva egy 22 hetes embrió még barázdálatlan agyát. Az agyformájú belső géldarabot kívülről egy vékony rétegben elasztomer géllel vonták be. Amikor a modellagyat egy speciális oldószerbe engedték, ez a külső burok elkezdte megszívni magát, miközben a belső rész sokkal lassabban tágult. A külső rétegen rövidesen olyan gyűrődések alakultak ki, amelyek nagyon hasonlítottak az emberi agy kezdeti barázdáira. A kísérlet végére a kutatók gyakorlatilag egy 34 hetes embrió agyának valósághoz közeli mását kapták meg eredményül.

Tallinen elmondása szerint a redők mérete és vastagsága attól függ, hogy a szürkeállomány (vagy az ezt jelképező külső anyagréteg) mennyire vastag, illetve hogy ez milyen merevségű a centrumot alkotó fehérállományhoz képest. Ezt leszámítva azonban a kialakuló mintázat minden esetben nagyon hasonlóan alakul, bár a modell nem ad magyarázatot az egyes redők legtöbb emberben hasonló pozíciójára, és arra sem, hogy a két agyfélteke miért szimmetrikusan „gyűrődik”.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward