贝壳上生长驱动折叠模式机制的计算机研究及其在发育中大脑的应用

我们考虑了大脑中褶皱（即沟（波谷）和回（波峰））发育的机制。这一人类在内的许多回脑物种共有的特征，近期引起了软物质物理学家的关注。它的发生是由于皮层的非均匀且主要是切向的生长，导致周向压缩，从而引起解路径分岔至折叠构型。该问题可被表述为线性弹性范围内的屈曲问题。然而，大脑是非常软的固体，由于非均匀生长而承受大应变。因此，发育中大脑的形态力学表现出广泛的分岔后区域。关于生长驱动大脑折叠的非线性弹性研究已经确定了折叠发生及其进展至广泛类似于回脑大脑构型所需的条件。这些处理中的参考、未折叠构型具有高度对称性——通常是椭球形。根据边界条件，折叠构型具有对称或反对称模式。然而，这些构型并不能近似例如人类大脑的实际形态，后者表现出非对称折叠。更重要的是，从神经发育的角度来看，许多非对称的沟和回在其位置上明显具有稳健性。在此，我们启动了对控制初级沟和回发育的物理机制和几何形状的研究。在这一初步交流中，我们使用理想化的几何形状、边界条件和参数进行计算，寻找类似于最先形成的褶皱之一的模式：中央沟。