งานวิจัยที่จำลองรอยพับในสมองมนุษย์ อาจช่วยไขปริศนาการทำงานภายในที่ซับซ้อนได้

งานวิจัยใหม่ที่ดำเนินการโดยโรงเรียนวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์จอห์น เอ. พอลสัน แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้ไขปริศนาแบบจำลองการจำลองรอยพับของสมอง ซึ่งอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจการทำงานภายในของสมองได้ดียิ่งขึ้น จากการจำลองรอยพับในสมองมนุษย์แบบสามมิติ ทีมวิจัยแสดงให้เห็นว่า แม้จะมีกระบวนการระดับโมเลกุลหลายอย่างที่กำหนดเหตุการณ์ในระดับเซลล์ แต่สาเหตุที่แท้จริงของรอยพับในสมองนั้นโดยพื้นฐานแล้วคือความไม่เสถียรทางกลที่เชื่อมโยงกับการโก่งงอ.

กระบวนการผลิตสมองเจล

นักวิจัยสร้างแบบจำลองเจล ซึ่งเป็นแบบจำลองสามมิติของสมองทารกในครรภ์ที่เรียบเนียน โดยใช้ภาพถ่าย MRI พื้นผิวของแบบจำลองถูกเคลือบด้วยชั้นเจลอีลาสโตเมอร์ ซึ่งทำหน้าที่เสมือนเปลือกสมอง เพื่อเลียนแบบการขยายตัวของเปลือกสมอง แบบจำลองสมองถูกแช่ในตัวทำละลายที่ซึมเข้าไปในชั้นนอกสุด ทำให้เกิดการบวมเมื่อเทียบกับบริเวณที่อยู่ลึกกว่าของสมองเจล ภายในเวลาไม่กี่นาทีหลังจากแช่ในตัวทำละลายเหลว การบีบอัดส่งผลให้เกิดรอยพับในแบบจำลอง ซึ่งมีรูปร่างและขนาดคล้ายกับรอยพับของสมองจริง.

แม้แต่นักวิจัยเองก็ยังประทับใจกับความคล้ายคลึงกันระหว่างสมองจำลองที่ทำจากเจลกับสมองของมนุษย์จริง จุน ชุง นักวิจัยหลังปริญญาเอกและผู้เขียนร่วมคนแรกของบทความกล่าวว่า “ตอนที่ผมใส่แบบจำลองลงในตัวทำละลาย ผมรู้ว่ามันควรจะมีการพับ แต่ผมไม่เคยคาดคิดมาก่อนว่าจะได้รูปแบบที่ใกล้เคียงกับสมองของมนุษย์ขนาดนี้” เขากล่าวต่อไปว่า “มันดูเหมือนสมองของมนุษย์จริงๆ”

ความเกี่ยวข้องและกุญแจสำคัญของความคล้ายคลึงเหล่านั้นอยู่ที่รูปทรงที่เป็นเอกลักษณ์ของสมองมนุษย์ ชุงกล่าวว่า “เรขาคณิตของสมองมีความสำคัญมาก เพราะมันทำหน้าที่กำหนดทิศทางการพับของสมอง” ชุงอ้างว่าแบบจำลองของพวกเขา ซึ่งในระดับเรขาคณิตขนาดใหญ่เหมือนกับสมองมนุษย์จริง มีความโค้งเหมือนกัน ซึ่งนำไปสู่การเกิดรอยพับที่ตรงกับสมองของทารกในครรภ์อย่างใกล้เคียง.

ภายในรอยพับของสมองมีอะไรอยู่บ้าง?

มีหลายวิธีที่สามารถอธิบายรอยพับของสมองมนุษย์จากมุมมองวิวัฒนาการได้ ตัวอย่างเช่น ครั้งหนึ่งเคยเชื่อกันว่าสมองที่มีรอยพับเป็นผลมาจากการวิวัฒนาการของเปลือกสมองขนาดใหญ่ให้พอดีกับปริมาตรที่เล็กลง ซึ่งมีประโยชน์ในการลดความยาวของเส้นใยประสาทและทำให้การทำงานของสมองดีขึ้น.

สิ่งที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถอธิบายได้คือ กลไก การพับของสมอง ตลอดหลายปีที่ผ่านมา มีสมมติฐานมากมายที่ถูกเสนอขึ้นมา อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเหล่านั้นยังไม่สามารถนำมาใช้โดยตรงเพื่อนำไปสู่การคาดการณ์ที่สามารถทดสอบได้ แต่ในปัจจุบัน นักวิจัยจากโรงเรียนวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์จอห์น เอ. พอลสัน มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์ในฝรั่งเศสและฟินแลนด์ ได้แสดงให้เห็นว่าสาเหตุที่แท้จริงของการพับของสมองนั้นเป็นผลมาจากความไม่เสถียรทางกลไกอย่างง่าย ซึ่งน่าจะเป็นผลมาจากการโก่งงอ

เหตุใดจึงสำคัญ

สมองของมนุษย์ทุกคนจะไม่เหมือนกันทุกประการ แต่สมองทุกสมองควรมีรอยพับหลักๆ ที่เหมือนกัน ซึ่งบ่งชี้ถึงสุขภาพที่ดี งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า หากโครงสร้างโดยรวมของสมองถูกขัดจังหวะ หรือส่วนใดส่วนหนึ่งไม่เจริญเติบโตอย่างเหมาะสม รอยพับหลักๆ อาจไม่ปรากฏในตำแหน่งที่ควรจะเป็น ซึ่งอาจนำไปสู่ความผิดปกติของสมอง การศึกษานี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจรอยพับในสมองได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ซึ่งอาจช่วยไขปริศนาการทำงานภายในของสมองมนุษย์ และอาจอธิบายความผิดปกติทางสมองบางอย่างได้ในที่สุด.

แหล่งที่มา

วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์ จอห์น เอ. พอลสัน มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด (1 กุมภาพันธ์ 2559) งานวิจัยใหม่จำลองการพับของสมองมนุษย์ในรูปแบบ 3 มิติ: การศึกษานี้ยืนยันกรอบกลไกอย่างง่ายสำหรับการพับของสมองมนุษย์ ScienceDailyสืบค้นเมื่อ 2 กุมภาพันธ์ 2559 จาก www.sciencedaily.com/releases/2016/02/160201122842.htm

‍