为什么人类大脑有褶皱?会以特定模式折叠

新浪科技
2018-07-17

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新浪科技2018-07-17

褶皱的形成不仅取决于大脑皮层总体的生长,也取决于褶皱部位的物理属性。
褶皱的形成不仅取决于大脑皮层总体的生长,也取决于褶皱部位的物理属性。

7月17日消息,据国外媒体报道,我们的大脑看起来就像一个放大版的、充满褶皱的核桃。它为什么会演变成如此奇特的形态?

英国剑桥大学精神病学系研究员莉莎·罗南(Lisa Ronan)称,当胎儿还在子宫内时,随着大脑的发育,大脑的外表面——或称大脑皮层——会逐渐扩张并折叠。在本质上,这种扩张会导致大脑外表面的压力增加,然后通过褶皱的方式减小压力。

我们可以将大脑皮层想象成一块橡胶,在其一端施加压力,当达到某一程度时,橡胶表面就会弯曲,以应对不断增加的压力。或者,如果你对地质学感兴趣,可以想象成两个构造板块相互碰撞时的情景:碰撞时产生的压力非常巨大,最终使板块发生地质褶皱。

这些数不清的褶皱帮助大脑容纳了更多神经元,反过来提升了认知能力,从而让大脑具有更加高级的功能。不过,存在褶皱的大脑并非普遍存在,大部分动物的大脑并没有褶皱。例如,小鼠和大鼠的大脑皮层在发育阶段并未充分扩张,没有达到足以折叠的程度,因此它们的大脑表面相当光滑。

大脑皮层褶皱往往出现在脑容量较大的动物身上。“但情况也并非总是如此,一些大型哺乳动物,比如海牛,它们的大脑褶皱数量就比研究者根据大脑体积所预计的要少很多,”莉莎·罗南说道。

其实这种现象也很好解释:褶皱的形成不仅取决于大脑皮层总体的生长,也取决于褶皱部位的物理属性。例如,较薄的区域往往比其他区域更容易折叠。“你生来就有一个充满褶皱的大脑,”罗南说,“但是,关于大脑皮层褶皱研究的关键和有趣的一点是,大脑会以特定的模式折叠。”

尽管大脑皮层的沟(皮层向内凹陷的区域)和回(沟之外向外凸出的区域)看起来很随机,但实际上在个体甚至一些物种之间是一致的。罗南表示,这种一致性非常重要,因为这表明大脑褶皱是有意义的。

归根结底,每个大脑皮层区域的物理特性和独特折叠模式都与其功能密切相关。“拥有最大的表面积本身还不够;这还与皮层的功能有关,”罗南说,“大象具有比人类更大的大脑,褶皱也更多,但很显然,我们依然位于演化树的顶端,而不是它们。”换句话说,我们的大脑皮层功能至少在某些方面比大象更高级,即使后者具有更多褶皱。

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