Matrioshkan aivot on Robert Bradburyn ehdottama, Dysonin palloon perustuva hypoteettinen avaruuden megarakenne, jolla on valtava laskentakapasiteetti. Se on esimerkki B-luokan tähtimoottorista, joka käyttää tähden koko energiantuottoa tietokonejärjestelmien käyttämiseen.

Konsepti Matrioshka-aivoista juontaa juurensa ajatuksesta, jonka mukaan Dysonin palloja käytettäisiin valtavan tähtikokoisen tietokoneen voimanlähteenä. Termi ”matrioska-aivot” on peräisin matrioska-nukeista, jotka ovat puisia venäläisiä pesänukkeja. Matrioshka-aivot koostuvat useista Dyson-palloista, jotka on sijoitettu toistensa sisälle samalla tavalla kuin matrioshka-nuket koostuvat useista toisiinsa sijoitetuista nukkeosista. Matrioshka-aivojen sisin Dyson-pallo imisi energiaa suoraan ympäröivästä tähdestä ja luovuttaisi suuria määriä hukkalämpöä laskiessaan korkeassa lämpötilassa. Seuraava ympäröivä Dyson-pallo imisi tämän hukkalämmön ja käyttäisi sitä laskentatarkoituksiinsa samalla, kun se luovuttaisi omaa hukkalämpöään. Tämä lämpö imeytyisi seuraavaan palloon ja niin edelleen, ja jokainen pallo luovuttaisi vähemmän lämpöä kuin sitä edeltävä pallo. Tästä syystä matrioska-aivot, joissa on useampia sisäkkäisiä Dyson-palloja, ovat yleensä tehokkaampia, koska ne hukkaavat vähemmän lämpöenergiaa. Sisimmät kuoret voisivat toimia lähes samassa lämpötilassa kuin itse tähti, kun taas ulommat kuoret olisivat lähellä tähtienvälisen avaruuden lämpötilaa. Tähän tarvittavat tekniset vaatimukset ja resurssit olisivat valtavat. teoriassa kokonaisia lajeja voisi simuloida universumeja, sivilisaatioita ja planeettoja.