Являются ли они от людей, китов или слонов, мозги многих млекопитающих покрыты тщательно продуманными сгибами. Теперь, новое исследование показывает, что градус этого сворачивания следует, простое математическое отношение — назвало измеряющий закон — который также объясняет комкание бумаги. То наблюдение предлагает, чтобы бесчисленные формы мозгов млекопитающих возникли не из тонких процессов развития, варьирующихся от разновидностей до разновидностей, а скорее от того же простого физического процесса.В биологии они редкий для нахождения математического отношения, так плотно соответствующего всем данным, говорят Георга Штридтера, нейробиолога в Калифорнийском университете, Ирвина. «Они отловили что-то», говорит он.
Однако, Стридтер утверждает, что измеряющий закон описывает образец среди полностью развитых мозгов и не объясняет, как сворачивание в развивающемся мозгу происходит.Сворачивание в мозгу млекопитающих служит для увеличения общей площади коры, внешнего слоя серого вещества, где нейроны проживают. Не все млекопитающие свернули кору. Например, мыши и крысы были гладко мощеными мозги и являются «lissencephalic».
Напротив, приматы, киты, собаки и кошки свернули мозги и являются «gyrencephalic».В течение многих десятилетий ученые изо всех сил пытались связать сумму сворачивания в мозгу разновидностей к некоторой другой характеристике. Например, несмотря на то, что животные с крошечными мозгами склонны иметь гладкие, нет никакого чистого отношения между суммой сворачивания — измерено отношением общей площади коры на выставленную наружную поверхность мозга — и мозговой массы. Сделайте участок из сворачивания по сравнению с мозговой массой для различных разновидностей и падения точек данных на всем протяжении а не на объединенной кривой.
Точно так же нет никакого чистого отношения между суммой сворачивания и числом нейронов, общей площадью коры или толщиной коры.Но теперь, Сузана Херкулано-Хоузель и Бруно Мота — нейробиолог и физик, соответственно, в Федеральном университете Рио-де-Жанейро в Бразилии — нашли математическое отношение для сворачивания в мозгах млекопитающих, которое, кажется, универсально. Используя данные для 62 различных разновидностей, дуэт подготовил область времен коры квадратный корень ее толщины по сравнению с выставленной области мозга.
Все точки данных упали на единственную универсальную кривую — и для lissencephalic и для gyrencephalic разновидностей — как исследователи сообщают онлайн сегодня в Науке. И кривая показала, что комбинация общей площади и толщины выросла с выставленной внешней областью, возведенной в степень 1.25 — как область круга растет с его радиусом, возведенным в степень 2.Это может звучать сложный, но что универсальное отношение – тот же самый, который описывает раздавленные комки бумаги — поскольку Herculano-Houzel показал путем раздавливания листков бумаги различных размеров и толщины за ее обеденным столом и измерения их площадей поверхности.
Отношение появляется, потому что согнутая бумага улаживает в конфигурацию, минимизирующую ее энергию. Таким образом, по-видимому, в сворачивании, кора также просто улаживает в конфигурацию наименее механической энергии.Но Стридтер утверждает, что аналогия с рушащейся бумагой не абсолютно надежна. Бумага выставлена внешним силам, примененным руками, он отмечает, тогда как силы в коре по-видимому возникают внутренне.
Ученые должны все же определить, как те силы возникают, и сворачивание происходит, говорит Стридтер, создавший в соавторстве комментарий относительно бумаги, также появляющейся в Науке. Например, он говорит, некоторые модели предполагают, что растущая кора сворачивается, поскольку ее внешний слой становится быстрее, чем ее внутренний слой. «Измеряющее отношение является одной вещью», говорит Стридер. «Механизм того, как Вы добираетесь, существует другой».
Однако Херкулано-Хоузель видит его по-другому. В каждом этапе развития растущая кора действительно подвергается внешней силе черепа, говорит она. Таким образом, когда кора растет в ограниченном пространстве, она должна рухнуть, и в каждом этапе развития должно держаться измеряющее отношение, спорит она.
То предсказание может быть проверено у, скажем, развивающихся свиней, Херкулано-Хоузель говорит, который является тем, что она намеревается сделать затем. Если измеряющее отношение держится во всех этапах развития, она говорит, то нет никакой потребности в другом механизме для объяснения сворачивания.