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宾厄姆顿的新研究探索了胎儿大脑折叠的形成方式

许多谜团继续围绕着人类大脑,但其中最重要的是它是如何形成的,以及最初的几周如何影响一个人的余生。

宾厄姆顿大学和哈佛医学院即将进行的研究将使用计算机建模和胎儿大脑发育的高级成像来尝试回答一些长期存在的问题。

美国国家科学基金会的生物力学和机械生物学计划最近批准了 587,853 美元的赠款,以更好地了解使每个人的大脑独一无二的生长和折叠。

领导这项研究的将是 Thomas J. Watson 工程与应用科学学院机械工程系的助理教授 Mir Jalil Razavi。联合首席研究员将是沃森计算机科学系的戴维英助理教授,哈佛大学副教授 Ali Gholipour 作为研究合作伙伴。

Razavi 于 2014 年在佐治亚大学获得博士学位时首次对大脑研究感兴趣。他的导师从事分子动力学建模以预测原子和分子的物理运动,但希望通过研究软组织的机械建模来扩展。

2018 年到达宾厄姆顿时,Razavi 专注于人体皮肤力学,与沃森学院生物医学工程系的 Guy German 副教授一起进行研究。

通过这个 NSF 项目,他希望绘制大脑褶皱的形成,因为快速生长的灰质(进行更高层次思考的外层)生长在白质(不同灰质区域和大脑之间交流的内层)之上。灰质和身体其他部分之间)。

人脑中有大约 1000 亿个神经元,信息通过一个复杂的轴突纤维网络传输,如果端到端连接,该网络将从地球延伸到整个 239,000 英里。这个网络的大部分硬连线发生在出生之前,因为不断增长的大脑形成褶皱,以随机但重要的方式连接神经元。

“我们不从生物学的角度理解潜在的机制,但我们可以从机械的角度说我们有褶皱,因为我们在层的生长速度上不匹配,”拉扎维说。“这不仅仅是关于大脑。如果我们有一个多层系统并且外层比内层生长得更快,那么我们就会出现不稳定和折叠。”

Gholipour -; 哈佛医学院转化放射学研究主任——;使用标准磁共振成像 (MRI) 和大脑特异性扩散张量成像 (DTI) 在 25 周和 36 周时对 50 个胎儿进行了扫描,该技术描绘了细胞内分子的扩散过程。

“Gholipour 教授和他的团队拥有最精确的胎儿大脑 MRI 和 DTI,”Razavi 说。“要获得这些图像真的很困难,因为怀孕的性质意味着胎儿在运动。出生后,人们可能会处于静止状态。”

Dai 进行了自己的大脑相关研究,她将提供她的专业知识来解析这些结果,他补充说:“我们应该在胎儿大脑的成像和机械模型之间找到一种共同语言。她将帮助我们处理这些结果数据来创建我们的机械模型。”

然后将这 50 个胎儿大脑如何生长和折叠与 Razavi 的计算机模型进行比较,以查看预期模式是否与实际模式相符。

“如果我们是精确的,结果应该彼此接近,”他说。“否则,我们会说:'有什么问题?我们的模型中还没有包括哪些其他因素?' 我们已经包含了很多数据,但我们不知道会发生什么。”

Razavi 认为这项研究是了解一些大脑疾病的开始,例如自闭症、精神分裂症和多小脑回(大脑表面有许多脊或褶皱)。从那里,他可能会看到一生中可能会扩展的与大脑相关的研究途径。

“我认为我们需要很长时间才能解开大脑的奥秘,因为它与其他器官根本没有可比性。它完全不同,而且非常复杂,”他说。

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