Die Wissenschaftler überprüften die Hypothese zu den Hirnwindungen mit 3-D-Modellen von Gehirnen aus Elastomergel, einem elastischen, aber formfesten Kunststoff. Als Vorlage nutzten sie Magnetresonanzdaten von menschlichen Föten aus der 22. Schwangerschaftswoche. Zu diesem Zeitpunkt sind die Hirne noch völlig glatt und ungefaltet.

Die Forscher beschichteten den inneren Teil der Modelle mit einer dünnen Lage einer zweiten Sorte Elastomer. Dann legten sie die Hirnmodelle in eine Lösung. Dadurch schwoll die äußere Elastomerschicht an. Es entstand ein „differenzielles Wachstum“ zwischen dem Kern der 3-D-Modelle und der dünnen Elastomerschicht. Dabei warf die Schicht nach und nach Falten, wie man sie auch vom menschlichen Gehirn kennt.

Zwar hängen die genauen Strukturen der Hirnwindungen von individuell verschiedenen Anfangsbedingungen unterschiedlicher Menschen oder Tiere ab. Doch die grobe Faltung ist immer ähnlich – und die ließ sich auch bei den geschwollenen 3-D-Modellhirnen erkennen. Ihre experimentellen Untersuchungen im Labor stützen die Forscher mit Finite-Elemente-Simulationen am Computer, hinter denen dieselben Magnetresonanzdaten steckten.

Ellen Kuhl vom Department of Mechanical Engineering and Bioengineering der Stanford University, die nicht an der Veröffentlichung beteiligt war, kommentiert in „Nature Physics“, die Versuche mit „schwellenden Gehirnen“ seien der entscheidende „Missing Link“ zwischen Modellierung, Experiment und Simulation. Sie hofft, man könne diese Modelle später nutzen, um Hinweise auf Alzheimer, Autismus oder Schizophrenie frühzeitig an der Hirnoberfläche abzulesen.