变形部分

人类大脑类器官的力学

人类大脑特有的回旋形状最早出现在埃德温·史密斯纸莎草书中，这是一份可追溯到公元前 1700 年的埃及手稿，其中将大脑回旋与熔融金属中的波纹或皱纹进行了比较 [1]。自 19 世纪初以来，这些回旋的描述、发展和功能也一直是研究的主要课题 [2]。回旋的可见上部称为脑回，其深沟称为脑沟。从几何学上讲，回旋增加了给定体积的大脑的表面积。从功能角度来看，它们被认为具有增加皮质内神经元体数量和促进神经元之间连接从而减少电信号在不同区域之间传输时间的战略功能。尽管人们提出了不同的解释，但脑回形成背后的机制尚未完全了解。现在人们普遍认为，人类大​​脑折叠的出现是内在的机械力而不是外部约束[3]。最近的观察性研究[4,5]进一步支持了皮质在发育过程中快速切向扩张是折叠的主要驱动力[2,6-9]。 44 从最简单的物理层面上讲，折叠的开始可以理解为压缩的上皮层中弹性能量的初始积累，以及薄膜和基底的褶皱变形部分释放。实验中，这种不稳定性可以在与弹性盘结合的圆形壳的受限聚合物膨胀中观察到，这引发了相同类型的褶皱模式[10-14]。在由具有不同膨胀特性的聚合物凝胶制成的双层大脑原型52上进行的类似实验53再现了与真实大脑的脑回和脑沟相似的褶皱54[15]。55