Складки (морщины) в коре головного мозга: почему площадь поверхности важнее объема?

Ключевым моментом является то, что мозг не является однородной структурой. Внешний слой, известный как серое вещество, представляет собой относительно однородную и плоскую структуру. Под серым веществом находится белое вещество. Чрезмерно простая характеристика этих двух областей состоит в том, что серое вещество выполняет вычисления, а белое вещество позволяет различным областям серого вещества общаться друг с другом. Вот изображение рассеченного мозга из Википедии, где хорошо видно кольцо серого вещества.

Одной из причин складок может быть то, что если вы хотите разместить плоскую структуру (например, серое вещество) в ограниченном пространстве, сложить ее — это один из способов уместить ее больше. Другой аспект этого заключается в том, что складки сближают различные области серого вещества, а это означает, что для соединения этих областей требуется меньше белого вещества.

Во-первых, человеческий мозг явно больше, чем у любого другого примата, в основном из-за значительного расширения коры головного мозга. Основные структуры остались относительно стабильными ( Toro et al., 2008 ). Поскольку кора покрывает остальную часть мозга, необходимо было найти решение, поскольку для повышения интеллекта у мужчин не нужно было раздувать весь мозг, а только кору. Ответ @Josh касается решения, поскольку складывание коры увеличивает отношение поверхности к объему, так что расширяющаяся поверхность коры укладывается на относительно стабильное основание.

Тем не менее, вопрос в основном и очень справедливо звучит так: « Почему бы не увеличить объем, чтобы вместить эти дополнительные нейроны ?». Поскольку объем шара увеличивается с радиусом в третью степень, с какой стати природе держаться за увеличение площади поверхности, а не просто раздувать кору, увеличивая ее толщину?

Это связано с тем, что вертикальная архитектура коры в ходе эволюции оставалась на удивление стабильной. Другими словами, эволюция большей области коры для усиления высших когнитивных процессов происходила самым экономным способом, типичным для эволюции: взять существующую структуру и увеличить ее, когда возникнет потребность в большем.

Кора обычно состоит из тонкого слоя, покрывающего головной мозг, и имеет толщину не более 3 мм. Неокортекс представляет большую часть коры головного мозга. Он имеет шесть слоев и содержит от 10 до 14 миллиардов нейронов. Шесть слоев этой части коры пронумерованы римскими цифрами от поверхностного к глубокому. Слой I — это молекулярный слой, содержащий очень мало нейронов; слой II внешний зернистый слой; слой III наружный пирамидный слой; слой IV внутренний зернистый слой; слой V внутренний пирамидальный слой; и слой VI мультиформный или веретенообразный слой ( Обзор клинической и функциональной нейронауки, глава 11 ).

По сути, слой IV получает большую часть входных данных с периферии через таламус (зрительные, слуховые, тактильные входы и т. д.), слои II/III отвечают за горизонтальные проекции для дальнейшей обработки, а слой V отвечает за вывод (двигательный выход и т. д.). ). Эту базовую архитектуру нельзя легко изменить без изменения всей основной работы коры. В качестве аналогии - чтобы экономно ускорить компьютеры, можно довольно легко увеличить количество процессоров. Придумать более быстрый процессор в наши дни сложно, поскольку развитие возможностей одного процессора практически зашло в тупик.

Следовательно, чтобы увеличить количество корковых нейронов, необходимо увеличить поверхность коры. Поскольку основа (подкорковые структуры) остается практически неизменной, создание складок (извилин и борозд) — лучший и, возможно, единственный способ увеличить площадь поверхности коры.

И чтобы ответить на последний подвопрос - нет, нейроны существуют не только вблизи поверхностей , дело в том, что кора является внешней оболочкой мозга и для ее расширения эта поверхность должна была увеличиваться в размерах.

<sub>Ссылка
- Toro et al ., Cerebral Cortex (2008); 18 (10): 2352–2357</sub>