为什么核桃与人脑长的相似 并且都有褶皱？

今天萨德先生买了些核桃，准备搭配酸奶做早餐。本来是件挺美的事情，可是萨德最近在上神经解剖的课，课上，他需要手托着散发着浓烈福尔马林气味的人脑辨认脑区，所以当他正准备下口咬核桃的时候，注意到核桃的沟沟回回那么的像人脑，有点咬不下去了。带着这种不适感，萨德去找哈皮了。

萨德为什么核桃和人的脑袋长得这么像呢？表面都不是光滑的，而是凹凸有致，难道是巧合吗？

哈皮有意思的问题！在回答你的问题之前，我想先问你，除了凹凸有致，它们还有什么相似的地方呢？

萨德它们都住在一个硬壳里，大脑住在头盖骨里，核桃仁住在核桃壳儿里，而且都是球状的。

哈皮对了！

萨德你想说的是相似的外壳给了其内部几何机构相似的可能性？

哈皮是的。这是第一步，下面一个问题就是你之前提到的，为什么大脑的表面是充满褶皱而不是光滑的呢？你看，这个是我们还在妈妈肚子里的时候大脑的样子，这个是我们长大之后大脑的样子。有什么区别？

萨德多了很多褶皱。

哈皮是的。相较于小时候，成年的我们能做更多的复杂的认知活动，比如逻辑思考，决策等。这种差异就体现在大脑皮层的褶皱数量上。我们的大脑皮层是由灰质组成的，里面充满了神经元，这些神经元是我们实现复杂认知活动的最小单位。所以褶皱越多，进行复杂计算的能力就越强。可是我们的头盖骨就这么大，怎么能在头盖骨有限的空间内实现更大的皮层面积呢？

萨德把大脑皮层折叠起来！

哈皮对了。

萨德这样想的确很有道理，可是把大脑皮层叠起来有无数种叠法，我们看到的成熟的人类大脑只有一种叠法。仅凭着头盖骨的空间限制，就能让大脑皮层卷成现在这样？

哈皮的确如此。这个结果的确有点意外。2016年几个物理学家就做实验验证了你的猜想（Tallinen 2016）。他们先照着人的头盖骨做了一个一样的硬脑壳。然后在脑壳里填充了和大脑密度相似的可伸缩性材料，来模拟胚胎时期的大脑，这时候的大脑是很光滑的。然后他们利用物理施压的方法，让“胚胎大脑”膨胀。

你看到了吗？褶皱出现了！他们还用了计算模拟的方法更精确的模拟了大脑膨胀的过程。

萨德很有意思！原来大脑皮层的褶皱真的由头盖骨和膨胀这两个因素决定的。等一等，他们的模拟大脑和真实的人类大脑长得一摸一样吗？

哈皮他们拿充分膨胀的模拟大脑和真实的大脑进行比较，发现脑区之间有很好的对应性。

这个结果说明了头盖骨和膨胀为大脑皮层褶皱做出了巨大贡献。但很可惜，也不是完全对应的。

萨德有点失望那还有什么其他因素影响了褶皱的样子呢？

哈皮比如我们的基因，比如神经元的功能，都可能有影响，而且这些不同的因素之间还会相互作用。到底他们如何相互作用，共同决定褶皱的几何结构，现在还没有人能说清楚。

萨德一个问题明朗了，又带来了更多的问题。

哈皮咬了一口核桃所以我们不能闲着，有好多问题等着我们去解决呢！

参考Tallinen & Mahadevan, on the groth and form of cortical convolutions, Nature Physcis, 2016