Поверхность коры головного мозга человека, а также некоторых млекопитающих не гладкая, а представляет собой ряд извилин. Процесс образования извилин называется гирификацией и позволяет уместить большую по площади кору головного мозга в небольшой объем.
Ученые считают, что этих складки помогли нашим предкам освоить орудия труда, однако причины появления самих извилин и механизм их возникновения до недавнего времени оставался загадкой. Ученые связывают появление извилин с определенными генетическими мутациями, приведшими к изменению формирования мозга.
Для выяснения механизма подобных изменений ученые провели ряд опытов. В ходе эксперимента была изучена активность различных генов в клетках будущего мозга у зародышей человека и мышей, у которых кора плоская. Было выделено несколько участков ДНК, отличающихся режимом работы. Затем исследователи начали отключать и включать эти гены в ДНК мышей, наблюдая за формированием мозговых извилин.
В итоге внимание исследователей сосредоточилось на двух генах - FLRT1 и FLRT3, активность которых была очень высокой у эмбриона мыши и низкой у человека. Отключение этих генов привело к формированию мозговых извилин у мышей.
Что же делают эти гены? Их работа заключается в регулировании степени сцепления нейронов. Если активность генов очень высокая, клетки очень прочно держатся друг за друга и формирования складок не происходит. Уменьшение влияния генов приводит к появлению извилин, ведь на определенном этапе клетки коры начинают делиться с большей скоростью, чем клетки белого вещества, что приводит к появлению неровностей в коре.
Пытаясь смоделировать процесс образования борозд и извилин, ученые распечатали на 3D принтере аналог мозга шестимесячного зародыша человека, у которого еще не начались формироваться неровности в коре. А затем покрыли муляж специальным гелем, способным разбухать, впитывая в себя растворитель. Таким образом исследователи надеялись пронаблюдать процесс ускоренного роста клеток коры.
Действительно, при погружении в раствор наружная поверхность муляжа стала покрываться складками, очень напоминающими борозды и извилины, присутствующие в коре головного мозга.
Подробнее о работе головного мозга мы говорим на курсе повышения квалификации по неврологии.