Een Matrioshka Brein is een hypothetische megastructuur in de ruimte voorgesteld door Robert Bradbury, gebaseerd op de Dyson bol, met een immense rekencapaciteit. Het is een voorbeeld van een Klasse B stellaire motor, die de volledige energie-output van een ster gebruikt om computersystemen aan te drijven.

Het concept van een matrioshka-brein komt van het idee om Dyson-bollen te gebruiken om een enorme, stergrote computer aan te drijven. De term “matrioshka-brein” is afkomstig van de matroesjka-poppen, houten Russische nestelpoppen. Matroesjka-hersenen zijn samengesteld uit meerdere in elkaar geneste Dyson-bollen, net zoals matroesjka-poppen zijn samengesteld uit meerdere in elkaar geneste poppenonderdelen. De binnenste Dyson-bol van het matrioshka-brein zou energie rechtstreeks onttrekken aan de ster die hij omringt en grote hoeveelheden afvalwarmte afgeven terwijl hij bij een hoge temperatuur rekent. De volgende Dyson bol zou deze afvalwarmte absorberen en gebruiken voor zijn eigen berekeningsdoeleinden, terwijl hij zelf ook afvalwarmte zou afgeven. Deze warmte wordt geabsorbeerd door de volgende bol, enzovoort, waarbij elke bol minder warmte afgeeft dan de vorige. Om deze reden zouden matroesjka-hersenen met meer geneste Dyson-bollen efficiënter zijn, omdat ze minder warmte-energie zouden verspillen. De binnenste schillen zouden op bijna dezelfde temperatuur kunnen werken als de ster zelf, terwijl de buitenste dicht bij de temperatuur van de interstellaire ruimte zouden liggen. De technische vereisten en middelen die hiervoor nodig zijn, zouden enorm zijn. Theoretisch zouden hele soorten universums, beschavingen en planeten kunnen simuleren.