Учёные выделяют пять структурных эпох развития мозга

Нейробиологи из Кембриджского университета выделили пять “основных эпох” развития структуры мозга на протяжении человеческой жизни, поскольку наш мозг перестраивается, чтобы поддерживать различные способы мышления, пока мы растем, взрослеем и, в конечном счете, стареем.

В исследовании, проведенном под руководством Подразделения когнитивных исследований и наук о мозге Кембриджского исследовательского центра, было проведено сравнение мозга 3802 человек в возрасте от 0 до 90 лет с использованием наборов данных диффузионного сканирования МРТ, которые отображают нейронные связи, отслеживая движение молекул воды в тканях мозга.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые сообщают, что они выявили пять основных фаз структуры мозга в течение жизни среднестатистического человека, разделенных четырьмя ключевыми «поворотными моментами» между рождением и смертью, когда наш мозг перестраивается.

“Топология” детского мозга длится с рождения до переломного момента в возрасте девяти лет, когда он переходит в подростковую фазу – эпоху, которая длится в среднем до 32 лет.

В возрасте около 30 лет нейронные сети мозга переключаются во взрослый режим. Это самая продолжительная эпоха, которая длится более трех десятилетий. Третий переломный момент наступает примерно в 66 лет и знаменует собой начало фазы «раннего старения» мозга. Наконец, “позднее старение” мозга начинает формироваться примерно в 83 года.

“Мы знаем, что структура нейронных связей мозга критически важна для нашего развития, но у нас нет общей картины того, как она меняется на протяжении нашей жизни и почему”, – говорит доктор Алекса Моусли, стипендиатка Фонда Гейтса в Кембридже, возглавлявшая исследование. “Это исследование впервые выявило основные фазы развития нейронных связей мозга на протяжении жизни человека”.

“Эти эпохи дают нам представление о том, в чем наш мозг может быть лучше всего или к чему он более уязвим на разных этапах нашей жизни. Это может помочь нам понять, почему у некоторых людей мозг развивается иначе в ключевые моменты жизни, будь то трудности с обучением в детстве или деменция в пожилом возрасте”.

Типичное МРТ-трактографическое изображение второй эпохи человеческого мозга. Это изображение отражает общую картину, наблюдаемую в мозге в ходе исследования во время второй эпохи нейронных связей, подростковой фазы. Автор: доктор Алекса Моусли, Кембриджский университет.

Как меняется структура мозга в детском и подростковом возрасте

С младенчества на протяжении всего детства наш мозг характеризуется “сетевой консолидацией”, поскольку количество синапсов – соединений между нейронами, которые в избытке образуются в мозге ребенка, сокращается, а выживают только наиболее активные.

Во всем мозге связи перестраиваются по одной и той же схеме с рождения и примерно до девяти лет.

Тем временем объем серого и белого вещества быстро увеличивается, так что толщина коры – расстояние между наружным серым веществом и внутренним белым веществом – достигает максимума, а кортикальные складки, представляющие собой характерные складки на внешней поверхности мозга, стабилизируются.

К первому переломному моменту, когда ребенку исполняется девять лет, в мозге происходит скачкообразное изменение когнитивных способностей, а также повышается риск психических расстройств.

Во время второй «эпохи» развития мозга, в подростковом возрасте, белое вещество продолжает увеличиваться в объёме, поэтому организация коммуникационных сетей мозга становится все более совершенной, о чем свидетельствует диффузия воды на снимках МРТ.

Эта эпоха характеризуется эффективностью связей как внутри отдельных областей, так и быстрой коммуникацией по всему мозгу, что связано с улучшением когнитивных способностей.

“Как вы можете себе представить, эффективность работы нейронов тесно связана с короткими путями, и подростковый возраст – единственный период, когда эта эффективность возрастает”, – говорит Моусли.

Взрослая жизнь и самая продолжительная эпоха в жизни мозга

По словам исследователей, пик этих изменений приходится в среднем на возраст около 30 лет, что является “сильнейшим топологическим поворотным моментом” за всю жизнь.

“Примерно в возрасте 32 лет мы наблюдаем наиболее выраженные изменения в проводящих путях и самый большой общий сдвиг в траектории, по сравнению со всеми другими поворотными моментами”, – говорит Моусли.

“Хотя половое созревание – это очевидное начало, окончание подросткового возраста гораздо сложнее определить с научной точки зрения. Основываясь исключительно на нейронной архитектуре, мы обнаружили, что изменения в структуре мозга, характерные для подростков, заканчиваются примерно к 30 годам”.

В 32 года начинается самый продолжительный период – зрелость. Архитектура мозга стабилизируется по сравнению с предыдущими фазами – без каких-либо серьёзных переломных моментов в течение тридцати лет. По словам исследователей, это соответствует «плато в развитии интеллекта и личности», основанному на результатах других исследований.

Они также обнаружили, что в этот период “сегрегация” становится более заметной, поскольку области мозга постепенно начинают становиться более изолированными.

Изменения мозга при старении и в пожилом возрасте

Переломный момент в возрасте 66 лет протекает гораздо мягче и не сопровождается какими-либо серьезными структурными сдвигами, хотя исследователи все же обнаружили значимые изменения в структуре мозговых сетей в среднем примерно в этом возрасте.

“Полученные данные свидетельствуют о том, что постепенная реорганизация нейронных сетей достигает своего пика к середине шестого десятка лет”, – говорит Моусли. “Вероятно, это связано со старением, с дальнейшим снижением связности по мере того, как белое вещество начинает деградировать.

“В этом возрасте люди сталкиваются с повышенным риском развития различных заболеваний, которые могут повлиять на мозг, например гипертонии”.

Последний переломный момент наступает примерно в возрасте 83 лет, и наступает окончательная эпоха структуры мозга. Хотя данных об этом периоде немного, определяющей чертой является переход от глобального к локальному, поскольку связи между нейронами в мозге продолжают ослабевать,, а зависимость от определенных областей мозга возрастает.

“Оглядываясь назад, многие из нас чувствуют, что наша жизнь состояла из разных этапов. Оказывается, мозг тоже проходит через эти эпохи”, – добавляет Дункан Эстл, профессор нейроинформатики в Кембридже.

“Многие нарушения развития нервной системы, психического здоровья и неврологические заболевания связаны с особенностями работы мозга. Действительно, отличающаяся работа мозга указывают на трудности с вниманием, речью, памятью и целым рядом различных форм поведения”.

“Понимание того, что структурное развитие мозга – это не вопрос постепенного прогресса, а скорее один из нескольких важных поворотных моментов, поможет нам определить, когда и как его нейронные связи уязвимы для нарушений”.

Подпишитесь на сайт Психолог в интернете
в Telegram или ВКонтакте.
Помощь психолога