En Matrioshka Brain är en hypotetisk megastruktur i rymden som föreslagits av Robert Bradbury, baserad på Dyson-sfären, med enorm beräkningskapacitet. Det är ett exempel på en klass B stjärnmotor, som använder hela stjärnans energiproduktion för att driva datorsystem.

Konceptet med en matrioshkahjärna kommer från idén om att använda Dyson-sfärer för att driva en enorm dator i stjärnstorlek. Uttrycket ”matrioshkahjärna” har sitt ursprung i matryoshka-dockor, som är ryska häckningsdockor av trä. Matrjosjkahjärnor består av flera Dyson-sfärer som är inbäddade i varandra, på samma sätt som matrjosjka-dockor består av flera inbäddade dockdelar. Den innersta Dysonsfären i matrioshkahjärnan skulle hämta energi direkt från den stjärna som den omger och avge stora mängder spillvärme samtidigt som den beräknar vid en hög temperatur. Nästa omgivande Dysonsfär skulle absorbera denna spillvärme och använda den för sina beräkningsändamål, samtidigt som den själv avger spillvärme. Denna värme skulle absorberas av nästa sfär och så vidare, där varje sfär avger mindre värme än den föregående. Av denna anledning skulle matrioshkahjärnor med fler inskjutna Dyson-sfärer tenderar att vara effektivare, eftersom de skulle slösa mindre värmeenergi. De inre skalen skulle kunna köras vid nästan samma temperatur som själva stjärnan, medan de yttre skulle ligga nära temperaturen i den interstellära rymden. De tekniska krav och resurser som krävs för detta skulle vara enorma. teoretiskt sett skulle hela arter kunna simulera universum, civilisationer och planeter.