A Matrioshka Brain é uma hipotética mega-estrutura no espaço proposta por Robert Bradbury, baseada na esfera Dyson, de imensa capacidade computacional. É um exemplo de um motor estelar Classe B, empregando toda a saída de energia de uma estrela para conduzir sistemas informáticos.

O conceito de um cérebro matrioshka vem da ideia de usar esferas Dyson para alimentar um computador enorme, do tamanho de uma estrela. O termo “cérebro matrioshka” tem origem nas bonecas matryoshka, que são bonecas russas de madeira que nidificam. O cérebro Matrioshka é composto por várias esferas Dyson aninhadas umas dentro das outras, da mesma forma que as bonecas Matryoshka são compostas por múltiplos componentes de bonecas aninhadas. A esfera Dyson mais interna do cérebro da matrioshka extrairia energia diretamente da estrela que a rodeia e emitiria grandes quantidades de calor desperdiçado enquanto computava a uma temperatura elevada. A próxima esfera Dyson ao redor absorveria esse calor desperdiçado e o utilizaria para seus propósitos computacionais, tudo isso enquanto emitia calor desperdiçado por si só. Este calor seria absorvido pela esfera seguinte, e assim por diante, com cada esfera a emitir menos calor do que a esfera anterior. Por esta razão, os cérebros de matrioshka com mais esferas Dyson aninhadas tenderiam a ser mais eficientes, pois desperdiçariam menos energia de calor. As conchas internas poderiam funcionar quase à mesma temperatura que a própria estrela, enquanto as externas estariam próximas da temperatura do espaço interestelar. Teoricamente, espécies inteiras poderiam simular universos, civilizações e planetas.