Creierul uman a fost numit cel mai complex obiect cunoscut din univers. Există un motiv întemeiat pentru această afirmație și anume: are aproximativ 86 de miliarde de neuroni și câteva sute de mii de kilometri de fibre axonale care îi conectează.
Deloc surprinzător, procesul de pliere a creierului care are ca rezultat denivelările și șanțurile caracteristice ale creierului este, de asemenea, extrem de complex. În ciuda deceniilor de speculații și cercetări, mecanismul care stă la baza acestui proces rămâne înca neînțeles pe deplin.
Cercetători în biomecanică și informatică au petrecut ani studiind mecanismul prin care se realizează cutele creierului și, respectiv, modalitățile de vizualizare și mapare a acestuia.
Înțelegerea acestei complexități poate ajuta cercetătorii să diagnosticheze și să trateze mai bine tulburările de dezvoltare ale creierului, cum ar fi lisencefalia sau creierul neted și epilepsia.
Deoarece multe tulburări neurologice apar în stadiile incipiente ale dezvoltării creierului, înțelegerea modului în care suprafața acestuia se formează poate oferi informații utile asupra funcției normale și patologice ale creierului.
Mecanica plierii creierului
Creierul este format din două straturi. Stratul exterior, numit cortexul cerebral, care este compus din materie cenușie pliată, alcătuită din vase de sânge mici și corpurile celulare a miliarde de neuroni. Stratul interior este compus din materie albă, constând în principal din prelungirile neuronilor, numite axoni mielinizați.
Dintre numeroasele ipoteze pe care oamenii de știință le-au propus pentru a explica modul în care funcționează plierea creierului, creșterea diferențială tangențială este cea mai frecvent acceptată, deoarece este bine susținută de observații experimentale.
Această teorie presupune că stratul exterior al creierului crește într-un ritm mai rapid decât stratul interior din cauza modului în care neuronii proliferează și migrează în timpul dezvoltării.
Această nepotrivire a ratelor de creștere pune cantități tot mai mari de forțe de compresie pe stratul exterior, ceea ce duce la instabilitatea generală a structurii creierului în creștere. Plierea acestor straturi, totuși, eliberează această instabilitate.
Pentru a explica mai bine această teorie, Jalil a realizat un model mecanic al creierului care a atribuit o rată de creștere mai mare stratului exterior decât stratului interior. După cum era de așteptat, această nepotrivire a ratelor de creștere a făcut ca stratul interior să blocheze stratul exterior din a se extinde. Deoarece stratul exterior nu se poate extinde mai mult din cauza acestui blocaj, el trebuie să se plieze și să se îndoaie în interiorul stratului interior pentru a ajunge la o structură mai stabilă.
Echipa de cercetare a lui Jalil a mai descoperit că alți factori mecanici afectează, de asemenea, forma eventuală pe care o va lua un creier în curs de dezvoltare, inclusiv grosimea inițială a stratului exterior al creierului și cât de rigide sunt cele două straturi unul față de celălalt.
Mai recent, studiile de simulare au arătat că axonii, partea neuronului care îl ajută să transmită semnale electrice, joacă un rol în reglarea procesului de încrețire a creierului.
Modelul a arătat faptul că crestele creierului s-au format în zone cu un număr mare de axoni, în timp ce văile s-au format în zone cu densitate scăzută a axonilor.
Acest lucru întărește importanța pe care o joacă densitatea axonilor în dezvoltarea creierului și poate vorbi despre originile unor afecțiuni precum autismul și schizofrenia.
Mecanica tulburărilor cerebrale
Creierele cu modele anormale de pliere pot duce la condiții devastatoare. De exemplu, un model de creier cu un strat exterior mai gros decât de obicei formează creste și văi mai puține și mai mari decât unul cu grosime normală. La extrem, acest lucru poate duce la o afecțiune numită lisencefalie sau creier neted, care are o absență completă a pliurilor creierului. Mulți copii cu această afecțiune au o dezvoltare severă și mor înainte de vârsta de 10 ani.
Pe de altă parte, polimicrogiria are un strat exterior mai subțire decât de obicei și are ca rezultat un exces de pliere. Această condiție a fost, de asemenea, replicată prin modelare mecanică. Persoanele cu această afecțiune pot avea probleme neurologice ușoare până la severe, inclusiv convulsii, paralizii și întârzieri în dezvoltare.
Oamenii de știință au identificat, de asemenea, modele anormale de pliere în tulburări ale creierului, cum ar fi schizofrenia și epilepsia.
Următorii pași în mecanica creierului
Pe termen lung, clarificarea conexiunii dintre structura și funcția creierului poate duce la instrumente de diagnosticare timpurie pentru bolile creierului. În viitor, instrumente importante precum inteligența artificială pot oferi și mai multe informații despre dezvoltarea și încrețirea creierului uman pentru a desluși unul din cele mai complexe instrumente din univers, mintea umană.
Traducerea și adaptarea de Larisa Ivan
