人間、クジラ、ゾウなど、多くの哺乳類の脳は精巧なヒダで覆われています。現在、新しい研究は、この折り畳みの程度が、スケーリングの法則と呼ばれる単純な数学的関係に従うことを示しています。これは、紙のしわも説明します。この観察結果は、哺乳類の脳の無数の形態が種ごとに異なる微妙な発達過程から生じるのではなく、同じ単純な物理的過程から生じることを示唆しています.
カリフォルニア大学アーバイン校の神経科学者Georg Striedterによると、生物学では、すべてのデータにこれほど厳密に適合する数学的関係を見つけることはめったにありません。 「彼らは何かを捕まえました」と彼は言います。それでも、Striedter は、スケーリングの法則は完全に発達した脳の間のパターンを説明していると主張し、発達中の脳で折り畳みがどのように起こるかを説明していません.
哺乳類の脳の折り畳みは、ニューロンが存在する灰白質の外層である皮質の総面積を増加させるのに役立ちます。すべての哺乳類が折りたたまれた皮質を持っているわけではありません。たとえば、マウスとラットは滑らかな表面の脳を持ち、「滑脳症」です。対照的に、霊長類、クジラ、犬、猫は脳が折り畳まれており、「双脳症」です。
何十年もの間、科学者たちは、種の脳の折り畳みの量を他の特徴と関連付けるのに苦労してきました.たとえば、小さな脳を持つ動物は滑らかな脳を持つ傾向がありますが、折り畳みの量 (露出した脳の外面に対する皮質の総面積の比率で測定) と脳の質量の間に明確な関係はありません。さまざまな種のフォールディングと脳の質量のプロットを作成すると、データ ポイントは統一された曲線上ではなく全体に落ちます。同様に、折り畳みの量とニューロンの数、皮質の総面積、または皮質の厚さとの間に明確な関係はありません.
しかし今、ブラジルのリオデジャネイロ連邦大学のそれぞれ神経科学者と物理学者である Suzana Herculano-Houzel と Bruno Mota は、哺乳類の脳の折り畳みに関する数学的関係を発見しました。 2 人は 62 の異なる種のデータを使用して、皮質の面積にその厚さの平方根を掛けた値と、露出した脳の面積をプロットしました。研究者が本日 Science でオンラインで報告したように、すべてのデータ ポイントは、滑脳種と両脳種の両方の単一の普遍的な曲線に当てはまりました。 .そしてこの曲線は、円の面積が半径の 2 乗で増加するのと同じように、総面積と厚さの組み合わせが 1.25 乗の外部露出領域で増加することを示しました。
複雑に聞こえるかもしれませんが、その普遍的な関係は、しわくちゃの紙の束を説明するものと同じです。Herculano-Houzel は、ダイニング ルームのテーブルでさまざまなサイズと厚さの紙を丸めて、それらの表面積を測定することで示しました。この関係は、曲げられた紙がそのエネルギーを最小化する構成に落ち着くために生じます。おそらく、折り畳みでは、皮質も機械的エネルギーが最も少ない構成に単純に落ち着く.
しかし、シュトリッターは、しわくちゃの紙との類似性は完全に信頼できるものではないと主張しています。紙は手によって加えられた外力にさらされているが、皮質の力はおそらく内部で発生していると彼は指摘している.科学者は、これらの力がどのように発生し、折り畳みが発生するかをまだ決定していないと、Science にも掲載されている論文の解説を共同執筆した Striedter は述べています。 .たとえば、いくつかのモデルは、外側の層が内側の層よりも速く成長するにつれて、成長中の皮質が折り畳まれることを示唆しています. 「スケーリングの関係は 1 つのことです」と Strieder 氏は言います。 「そこにたどり着くメカニズムは別のものです。」
しかし、Herculano-Houzel は別の見方をしています。発達のあらゆる段階で、成長する皮質は確かに頭蓋の外力にさらされている、と彼女は言う.したがって、皮質が限られた空間で成長するにつれて、それはしわくちゃになる必要があり、発達のすべての段階でスケーリング関係が維持されるべきであると彼女は主張します. Herculano-Houzel 氏によると、この予測は、たとえば開発中の豚でテストすることができ、次にそれを行う予定です。スケーリング関係が発生のすべての段階で成り立つ場合、折り畳みを説明する別のメカニズムは必要ないと彼女は言います.
