科學(xué)家正在研究大腦是如何形成的

紐約州賓漢頓市——許多謎團繼續(xù)圍繞著人類大腦，但其中最重要的是它是如何形成的，以及最初的幾周如何影響一個人的余生。

賓厄姆頓大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院即將進行的研究將使用計算機建模和胎兒大腦發(fā)育的高級成像來嘗試回答一些長期存在的問題。

美國國家科學(xué)基金會的生物力學(xué)和機械生物學(xué)計劃最近批準了 587,853 美元的贈款，以更好地了解使每個人的大腦獨一無二的生長和折疊。

領(lǐng)導(dǎo)該研究會副米爾賈利勒Razavi的教授從工程的托馬斯·J·沃森學(xué)院和應(yīng)用科學(xué)的機械工程系。合作的主要研究者將是助理張維迎教授戴從沃森的計算機科學(xué)系，擁有哈佛大學(xué)副教授阿里Gholipour教授作為研究的合作伙伴。

Razavi 于 2014 年在佐治亞大學(xué)獲得博士學(xué)位時首次對大腦研究感興趣。他的導(dǎo)師致力于分子動力學(xué)建模以預(yù)測原子和分子的物理運動，但希望通過研究軟組織的機械建模來擴展。

“軟生物組織的一個重要主題是大腦，”拉扎維說。“對于我們來說，我們的大腦如何在妊娠 22 至 25 周后從最平滑的狀態(tài)開始是一個謎，但在幾周內(nèi)，表面積和體積以及大腦折疊都會擴大。”

2018 年來到賓厄姆頓時，Razavi 專注于人體皮膚力學(xué)，與沃森學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系的Guy German 副教授一起進行研究。

通過這個 NSF 項目，他希望繪制大腦褶皺的形成，因為快速增長的灰質(zhì)(進行高級思考的外層)生長在白質(zhì)(在不同灰質(zhì)區(qū)域之間進行通信的內(nèi)層和灰質(zhì)和身體其他部分之間)。

人腦中有大約 1000 億個神經(jīng)元，信息通過一個復(fù)雜的軸突纖維網(wǎng)絡(luò)傳輸，如果端到端連接，該網(wǎng)絡(luò)將從地球延伸到整個 239,000 英里。這個網(wǎng)絡(luò)的大部分硬接線發(fā)生在出生之前，因為不斷增長的大腦形成褶皺，以隨機但重要的方式連接神經(jīng)元。

“從生物學(xué)的角度，我們不了解潛在的機制，但我們可以從機械的角度說，我們之所以有褶皺，是因為我們在各層的生長速度上不匹配，”拉扎維說。“這不僅僅是關(guān)于大腦。如果我們有一個多層系統(tǒng)，外層比內(nèi)層生長得更快，那么我們就會出現(xiàn)不穩(wěn)定和折疊。”

Gholipour — 哈佛醫(yī)學(xué)院轉(zhuǎn)化放射學(xué)研究主任 — 使用標準磁共振成像 (MRI) 和大腦特異性擴散張量成像 (DTI) 對 25 周和 36 周時的 50 個胎兒進行了掃描，該技術(shù)繪制了分子的擴散過程細胞內(nèi)。

“Gholipour 教授和他的團隊擁有最精確的胎兒大腦 MRI 和 DTI，”Razavi 說。“要獲得這些圖像真的很困難，因為懷孕的性質(zhì)意味著胎兒在運動。人出生后，可以進入靜止狀態(tài)。”

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