Mózg Matrioszki to hipotetyczna megastruktura kosmiczna zaproponowana przez Roberta Bradbury’ego, oparta na sferze Dysona, o ogromnej pojemności obliczeniowej. Jest to przykład silnika gwiezdnego klasy B, wykorzystującego całą energię gwiazdy do napędzania systemów komputerowych.

Koncepcja mózgu matrioszki pochodzi od pomysłu wykorzystania sfer Dysona do zasilania ogromnego komputera wielkości gwiazdy. Termin „mózg matrioszki” pochodzi od lalek matrioszek, które są drewnianymi rosyjskimi lalkami do układania w gniazdach. Mózg matrioszki składa się z kilku sfer Dysona zagnieżdżonych jedna w drugiej, tak samo jak lalki matrioszki składają się z wielu zagnieżdżonych elementów lalek. Najbardziej wewnętrzna sfera Dysona w mózgu matrioszki pobierałaby energię bezpośrednio z gwiazdy, którą otacza i wydzielałaby duże ilości ciepła odpadowego podczas obliczeń w wysokiej temperaturze. Następna sfera Dysona absorbowałaby to ciepło odpadowe i wykorzystywała je do swoich celów obliczeniowych, jednocześnie wydzielając własne ciepło odpadowe. To ciepło byłoby pochłaniane przez następną sferę, i tak dalej, przy czym każda sfera wydzielałaby mniej ciepła niż ta przed nią. Z tego powodu mózgi matrioszki z większą liczbą zagnieżdżonych sfer Dysona byłyby bardziej wydajne, ponieważ marnowałyby mniej energii cieplnej. Wewnętrzne powłoki mogłyby pracować w temperaturze prawie takiej samej jak sama gwiazda, podczas gdy zewnętrzne miałyby temperaturę zbliżoną do temperatury przestrzeni międzygwiezdnej. Wymagania inżynieryjne i zasoby potrzebne do tego byłyby ogromne.Teoretycznie, całe gatunki mogłyby symulować wszechświaty, cywilizacje i planety.