脳は紙のように折り畳める

くしゃくしゃにした紙のボールは脳のように見えるだけでなく、脳のように機能します。

大きな脳は小さな脳よりもしわが多い傾向があり、このため科学者は長い間、折り畳みの程度はニューロンの数と関係があるに違いないと考えてきた。

本日Scienceに発表された研究で、研究者らは、脳の折り畳みの量は実際にはニューロンの数とは関係がなく、大脳皮質の厚さと表面積にすべて関係していることを発見した。ブラジルのリオデジャネイロ連邦大学の研究チームは、さまざまな種のニューロンの総数、皮質表面積、厚さ、脳の容積、折り畳みの量を比較した大規模なデータセットを調べた。彼らは、哺乳類の皮質全体で脳がそのように見える理由を説明する単一の数式を発見した。その式は、皮質が厚いと折り畳みの数が少なくなり、皮質が薄く表面積が広いと折り畳みの数が増えることを示した。

また、この方程式は紙の折り方を規定する方程式と非常によく似ていることにも気づいた。脳を解いて丸めると、表面は紙のように機能し、粘土のようにくっついたりくっついたりするのではなく、折り畳まれる。研究の共著者であるスザナ・ヘルクラノ・ハウゼルは、自宅のダイニングルームのテーブルに座って、さまざまなサイズと厚さの紙をくしゃくしゃにし、脳と同じように、厚い紙はくしゃくしゃにしたときに折り目が少なくなるが、表面積の大きい薄い紙は簡単に折り畳まれることを発見した。

ひだの数が多いこととニューロンの数が多いことには相関関係はありませんが、利点はあります。皮質のひだが増えると神経信号が伝わる時間が短縮され、脳の機能が速くなります。

「脳が大きいほど、情報交換にかかる時間は長くなります」とヘルクラノ・ハウゼル氏は言う。「脳はできるだけ小さい方が有利で、折り畳み構造によってそれが実現されるのです。」

では、なぜすべての動物が、溝がたくさんある、本当に折り畳まれた小さな脳を持っていないのでしょうか? 主な理由は、そうする必要がないからです、とヘルクラノ=ハウゼルは言います。動物が機能するのに脳が十分に優れている限り、より多くの折り畳みを可能にするより薄い皮質を持つことに利点があるかどうかは、実際には問題ではありません。

この研究は、脳が開いた皮質のように滑らかになる、脳滑脱症と呼ばれる脳の病気についても洞察を与えている。この病気の子供は、通常、発達の遅れやその他の深刻な認知障害を抱えている。ヘルクラーノ・ハウゼル氏の研究は、脳の折り畳みに関する遺伝子を見つけようとする代わりに、脳滑脱症を研究する人は、厚さと表面積を制御する遺伝子に着目すべきだと示唆している。

この研究はまた、画期的な科学を行うために必ずしも多額の資金が必要になるわけではないことも示しています。

「私が一番すごいと思うのは、これは私の家にあった事務用紙で、ダイニングルームのテーブルでくしゃくしゃにした紙片を使って作ったということです」とヘルクラノ・ハウゼル氏は言う。「非常に少ないリソースでクールな科学を行ない、興味深い疑問を投げかけることができるというのは、本当にすばらしいことです。」