Un cerveau Matrioshka est une mégastructure hypothétique dans l’espace proposée par Robert Bradbury, basée sur la sphère de Dyson, d’une immense capacité de calcul. C’est un exemple de moteur stellaire de classe B, employant la totalité de la production d’énergie d’une étoile pour alimenter des systèmes informatiques.

Le concept de cerveau matrioshka vient de l’idée d’utiliser des sphères de Dyson pour alimenter un énorme ordinateur de la taille d’une étoile. Le terme « cerveau matrioshka » trouve son origine dans les poupées matrioshka, qui sont des poupées russes gigognes en bois. Les cerveaux matriochka sont composés de plusieurs sphères de Dyson emboîtées les unes dans les autres, de la même manière que les poupées matriochka sont composées de plusieurs éléments emboîtés. La sphère de Dyson la plus interne du cerveau matrioshka tire son énergie directement de l’étoile qu’elle entoure et dégage de grandes quantités de chaleur résiduelle tout en calculant à haute température. La sphère de Dyson voisine absorberait cette chaleur résiduelle et l’utiliserait à des fins de calcul, tout en dégageant sa propre chaleur résiduelle. Cette chaleur serait absorbée par la sphère suivante, et ainsi de suite, chaque sphère dégageant moins de chaleur que celle qui la précède. C’est pourquoi les cerveaux matrioshka comportant plusieurs sphères de Dyson imbriquées sont généralement plus efficaces, car ils gaspillent moins d’énergie thermique. Les coques intérieures pourraient fonctionner à une température proche de celle de l’étoile elle-même, tandis que les coques extérieures seraient proches de la température de l’espace interstellaire. Les exigences d’ingénierie et les ressources nécessaires pour cela seraient énormes.Théoriquement,des espèces entières pourraient simuler des univers, des civilisations et des planètes.