为什么核桃和人脑长的这么像？
本文来自 新开的公众号 HappySad先生
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，但是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，这时候的大脑当然是很光滑的。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 growth and form of cortical convolutions, Nature Physcis, 2016
部分图片来源于谷歌
王强-OH2017-01-13 09:18:05
但是没有解释为什么核桃会像大脑一样啊？人脑是为了应对更复杂的环境需要更大的脑，核桃有什么理由膨胀？文玩核桃肉那么小，还不是可以繁衍，没有什么进化压力要让它膨胀啊？
绿色小奶牛2017-01-13 11:25:54
文章戛然而止。。
地坪定制2017-01-13 08:51:06
看完后还是没有解释为什么核桃和人脑/疑问很像
刘佳2017-01-13 10:20:16
如果这样说，坚果内部的仁都应该是褶皱的
烟雨洞庭2017-01-13 13:28:29
果肉各部分的膨胀差，壳于膨胀体之间要加上一层软垫，用这种条件建立数学模型应该能得出这个结果。阿兰.图灵已经用这种方法给我们算过各种花纹的由来了。
小赵同学脸圆圆2017-01-13 12:10:38
上帝给你关了一扇门新解： 上帝关了一扇门，又夹一下脑袋门儿。上帝为了让人类更聪明的良苦用心今天终于得到了阐释
元帅2017-01-13 10:14:05
说明脑子是挤聪明的
奇衡三2017-01-13 11:28:09
相似的外壳给了其内部几何机构相似的可能性….不己经解释了为什么相似了吗？你们有没有认真读/发呆/发呆/发呆/发呆
孙刚2017-01-13 10:40:09
一切物种首要任务就是生存和传播，核桃本身就是种子，如果核桃刚长成或者还没长成就被其他物种给吃掉了，那它就通过不了自然选择，就延续不了。这就注定它要有一个硬壳来保证种子的安全，然后因为没有别的物种来被动的帮它传播（桃在被吃掉以后，桃核会被丢掉，是一种传播过程），而在大树底下种子因为吸收不到养分所以很难成活，所以就要求种子本身一定要有足够的养分来维持前期的生存，在有限的空间里为了保证足够的生存条件，所以它就长啊长啊长，之后就是这个样子了。 其实要理解为什么核桃和人脑一样，不如去理解为什么核桃也要膨胀。 猜想完毕
zy2017-01-13 10:20:48
标题党呀！！！！！！
清茗2017-01-13 10:08:13
根据评论想到几点，一是核桃是否是因为种子里面有蓄积更多脂肪蛋白质的趋势，所以不停地膨胀才会形成褶皱。二是核桃壳或者颅骨大小还是决定了初始值，越大初始光滑的膜面积越大，之后褶皱空间越大，才越聪明。不知对不对。
沈爷儿2017-01-14 07:35:51
“有一种说法小孩子头大，长大了一定聪明”这个说法是错的吗？
小裁缝与巴尔扎克2017-01-13 10:26:29
说重点啊，大哥
福尔摩摩牙2017-01-13 10:00:43
解释了呀，不明白的问我来
一斤又一斤2017-01-13 08:43:54
那直观看起来可以有一个白痴结论是脑袋越小才越聪明嘛？哈哈哈哈
晓舟2017-12-16 23:01:48
乱七八糟
痴痴呵呵2017-02-24 12:37:07
有限中可以容纳无限，一花一世界
佩佩Peipei2017-01-16 10:58:48
萨德：可想而知，核桃长褶皱，也是因为它需要在有限的体积内尽量增加它的皮层面积。可是为什么核桃不同于其他的坚果，比如光滑的花生，要长褶皱呢？ 哈皮：好问题！我不知道答案，也许我们可以某天在学校里逮着一个研究坚果的植物学家问一问。我猜想，类比大脑增大皮层面积的原因是为了增加更多的神经元和神经元之间的连接，因为神经元都在大脑皮层上，也称为灰质，所以很可能支持核桃生长的营养物质也集中在核桃的外表面，所以在成长过程中，它就在有限的空间内增大外表面积从而也形成了褶皱。
施飞2017-01-14 17:25:47
有限空间里不断生长，让我想起另一个话题，如何在有限国土里生活的更好，结果是阉割自己计划生育，再回到大脑，如果进化不下去会不会就产生脑死亡。。。。。
Prime_惜独2017-01-14 10:14:47
人脑不是为了膨胀吧 是膨胀结合为了更大的表面积。 核桃为毛要更大的表面积其实我也不知道
打酱油的小二2017-01-13 19:26:47
吓得我差点不敢吃核桃了……不过买了就吃吧……啊核桃补脑……
Yaakov Mikhael Liu2017-01-13 16:26:55
表面积/半径比
凌瑶0012017-01-13 11:27:10
有什么没有解释核桃长的像大脑的，因为外壳和膨胀啊