Ajankohtaista

Aivojen poimuttumisen salat esille

Aivojen poimuttuminen
Aivojen poimuttumismekanismia havainnollistava malli. Ylempi kuva vastaa 22-viikkoisen sikiön aivoja, jotka alemmassa kuvassa ovat poimuttuneet korteksia mallintavan pintakerroksen kasvun seurauksena, vastaten noin 34-viikkoisen sikiön aivoja. Kuva: Jun Young Chung / Mahadevan lab.
3D-malli sikiön aivokudoksen kasvusta

Aivojen hermosoluista koostuvan kuoren eli korteksin poimuttuneen rakenteen synty ja poimuttumisen merkitys aivojen toiminnalle on pitkään ollut arvoitus tutkijoille. Evoluution näkökulmasta aivojen poimuttuminen on innovaatio, joka sallii pinta-alaltaan suuren korteksin pakkaamiseen pieneen tilaan ja tiiviin kytkennän hermosolujen välillä.

Aivojen poimuttumisen fysiologiselle mekanismille on esitetty useita selitysmalleja, mutta niiden todentaminen on osoittautunut haasteelliseksi.

- Nature Physicsissä juuri julkaistu tutkimuksemme pureutuu aivojen poimuttumisen mekaaniseen perustaan ja on testi ns. tangentiaalisen kasvun hypoteesille, kertoo akatemiatutkija Tuomas Tallinen Jyväskylän yliopistosta.  Tutkimus toteutettiin yhteistyössä Harvardin yliopiston kanssa.

Mallissa solujen jakautuminen, kasvu ja liikkuminen aivojen kasvun aikana johtavat korteksin pinta-alan nopeaan laajenemiseen suhteessa sen alla olevaan ns. valkoisen aineeseen. Tämä johtaa korteksin puristumiseen ja mekaaniseen epävakauteen, jonka tuloksena aivojen pintaan syntyy uurteita ja poimuja.

- Tutkimme tätä hypoteesia rakentamalla 3D-tulostusta käyttäen sikiön aivojen mekaanisen mallin, jossa pehmeän geelimäisen materiaalin turpoaminen mallintaa aivokudoksen kasvua. Lisäksi kehitimme suurten muodonmuutosten teoriaan ja sikiön aivojen magneettikuvaukseen perustuvan numeerisen simulaatiomallin, jolla voidaan kuvata aivojen kasvua ja poimuttumista, Tallinen kuvailee.

Biologiassa kudosten toiminnot ovat usein seurausta niiden muodosta, joten tutkimus auttaa ymmärtämään aivojen toiminnallisten häiriöiden ja rakenteen poikkeamien välisiä yhteyksiä.

Tutkimuksen päätutkijoina olivat ja sitä koordinoivat akatemiatutkija Tuomas Tallinen Jyväskylän yliopistosta sekä Dr. Jun Young Chung ja professori L. Mahadevan Harvardin yliopistosta Yhdysvalloista, ja mukana oli tutkijoita myös Aix-Marseillen yliopistosta ja Telecom-Mines- instituutista Ranskasta. Työssä tarvittavat numeeriset simulaatiot tehtiin CSC:n laskentakeskuksessa.

Lisätietoja:

Tuomas Tallinen, tuomas.tallinen@jyu.fi

Artikkelin tiedot:
On the growth and form of cortical convolutions
Tuomas Tallinen, Jun Young Chung, François Rousseau, Nadine Girard, Julien Lefèvre and L. Mahadevan
Nature Physics, http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3632.html

Rahoittajat:
Suomen Akatemia, Agence Nationale de la Recherche, the Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, MacArthur Foundation, the Radcliffe Institute.

kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,