За последние 25 лет нейроученые сделали ряд значительных открытий о строении и развитии мозга. Эти открытия привели к серьезным прорывам в медицине, в частности, позволяют точно определить сроки, в которые лучше всего проводить операции детям, имеющим проблемы со зрением, и пролили свет на механизмы, вызывающие такие заболевания, как шизофрению. Ранее подобные исследования больше фокусировались на развитии в первые годы жизни, а также заболеваниях головного мозга. Теперь, с появлением новых средств воспроизведения изображений, ученые способны изучать мозг здорового человека на всех этапах его жизни.
До изобретения магнитно-резонансной томографии (МРТ) ученые уже много знали о работе мозга. В случаях повреждений и травм отдельных частей головного мозга можно было увидеть, какие функции пострадали, и выявить поврежденные участки, отвечающие за эти функции. Например, люди с повреждениями в области мозга, отвечающей за речь, теряли способность говорить. Благодаря патологоанатомическим вскрытиям ученые знали, что, когда определенные участки головного мозга созревали, их связи были обернуты белым мозговым веществом (миелином).
При помощи функциональной МРТ исследователи могут увидеть, как на самом деле функционирует головной мозг, какие участки мозга используются при выполнении определенных задач. Они знают, например, что при выполнении задачи на зрительное восприятие «зажигается» конкретный участок. Эти изображения, в которых замеряется мозговая активность, называются «функциональными», потом что они оценивают, как головной мозг выполняет задачи, а не просто изображают его структуру.
Статья «Inside the Teenage Brain», опубликованная на Frontline (портал, на котором была опубликована данная статья – прим.перев.), заостряет внимание на работе доктора Джидда (Dr. Jay Giedd) из Национального Института Психического здоровья в Вифезде, штат Мэриленд, США, проведенной совместно с коллегами из Университета Макгилл в Монреале. В чрезвычайно интересном исследовании доктор Джидд обследовал 145 здоровых детей, сканируя их мозг каждые два года. Эту работу Джидд смог провести только при помощи МРТ, ведь данная технология не требует использования вредных красителей или радиоактивного облучения, благодаря чему исследования здоровых детей этически корректны, в отличие от исследований, проводимых на больных детях.
Обнаруженные учеными открытия пролили свет на то, как и когда растет головной мозг. Одно время считалось, что основная база головного мозга закладывается до 5-6 лет. Действительно, 95% структуры головного мозга формируется именно до этого времени, но исследования показали, что есть изменения, которые появляются намного позже, в процессе развития ребенка.
Изменения в префронтальном кортексе
Джидд со своими коллегами обнаружил, что на участке мозга, называемом префронтальным кортексом, мозг снова начинает расти как раз накануне начала периода полового созревания. Префронтальный кортекс находится в лобной зоне головы. Для ученых этот факт довольно интересен, потому что этот участок выполняет роль «исполнительного директора» головного мозга: он осуществляет контроль, выполняет функции оперативной памяти, занимается организацией данных и управляет настроением. С развитием префронтального кортекса подросткам становится легче рассуждать логически, контролировать свои импульсы и принимать взвешенные решения. Фактически эта часть мозга получила название «участок, отвечающий за умение трезво мыслить и думать дважды».
На самом деле тот факт, что эта область мозга продолжает расти, очень удивил ученых. И хотя они знали, что головной мозг маленького ребенка растет с перевыполнением плана по производству синапсов (или связей), они не знали о существовании второго подобного этапа. В случае с маленьким ребенком головной мозг сначала перевыполняет план по производству мозговых клеток (нейронов) и связей между ними (синапсов), а далее, в возрасте примерно 3-х лет, начинается обратный процесс прореживания (прунинг). Он довольно похож на обрезку деревьев. Нежизнеспособные ветви обрезаются, а нужные развиваются с новой силой. Вторая волна формирования синапсов, описанная Джиддом, показывает резкое усиление роста в зоне префронтального кортекса как раз перед половым созреванием (11 лет для девочек и 12 для мальчиков), а далее, в период подросткового возраста, происходит прунинг.
На первый взгляд может показаться, что иметь большое количество синапсов – это прекрасно, но на самом деле знания закрепляются путем удаления лишних синапсов и оборачивания нужных связей белым веществом (миелином) с целью стабилизировать и закрепить их. Период прунинга, во время которого головной мозг буквально теряет серое вещество, также важен для развития мозга, как и период роста. Например, при том что головной мозг подростка в возрасте от 13 до 18 лет находится в процессе формирования, каждый год он теряет 1% серого вещества.
Джидд предполагает, что процесс, когда идет прирост серого вещества, а затем сокращение связей, — это крайне важный этап развития мозга, когда то, что делают подростки или что не делают, может повлиять на всю их последующую жизнь. Он называет это принципом «используй или потеряешь» и говорит, что «если подросток занимается музыкой, спортом или наукой, именно эти клетки и связи будут закреплены. Если же он лежит на диване, играет в видео игры или смотрит MTV, тогда эти клетки и связи сохранятся».
Мозолистое тело и мозжечок
В другом исследовании модели развития мозга Поль Томпсон (Paul Thompson) из Калифорнийского Университета в Лос-Анжелесе вместе с Джеем Джиддом и коллегами из Университета Макгилла обнаружили периоды роста мозолистого тела, волокна которого передают информацию между полушариями. Особый интерес у преподавателей и родителей вызывает открытие, что системы волокон, влияющих на изучение языков и ассоциативное мышление, растут интенсивнее, чем соседние зоны, до и во время периода полового созревания (так же как и префронтальный кортекс), но вскоре после этого рост замедляется. Эти открытия подтверждают исследования, касающиеся освоения языка, которые показывают, что возможность изучать иностранные языки после 12 лет снижается.
Эти исследования мозолистого тела являются частью крупного многоуровневого исследования, проводимого на близнецах. Ученые также надеются, что исследования на близнецах прольют свет на многовековой вопрос, что предопределено, а что есть следствие воздействия: какие свойства и характеристики обусловлены генетикой, а какие воздействием окружающей среды. Например, исследования показали, что мозолистые тела близнецов настолько похожи, что если взять МРТ мозга 10 пар близнецов, то даже ничего не смыслящий в этих схемах человек выделит идентичные пары. По этой причине ученые выдвигают гипотезу, что эта часть мозга в значительной степени предопределяется генами. Хотя другой участок нейроанатомии — мозжечок, находящийся в затылочной части головы, немного выше шеи, не очень похож у близнецов, и этот факт привел доктора Джидда к гипотезе, что мозжечок не предопределен генетически и потому подвержен воздействиям окружающей среды.
Примечательно, что мозжечок — это та часть мозга, которая сильно меняется во время переходного возраста. Ученые считают, что мозжечок участвует в процессе координации движений. Но если взглянуть на изображения функциональных исследований мозга, то, когда человек занят умственной деятельностью, в мозжечке также присутствует активность. Джидд думает, что это работает примерно так: «Мозжечок здесь выступает в роли сопроцессора для выполнения математических операций. То есть он не является неотъемлемым звеном какой бы то ни было деятельности… но улучшает качество выполнения этой деятельности. Все, что мы можем назвать высокими материями: математика, музыка, философия, принятие решений, социальные навыки — во всем этом участвует мозжечок. Помогать подростку плыть по неспокойному морю социальной жизни и справляться с управлением судна, чтобы оно не дало крен, — за все это, как представляется ученым, отвечает именно мозжечок».
Предостережения
Джей Джидд и его коллеги открыли нам новое понимание того, как развивается мозг в предподростковый период. Они подтвердили другие исследования, проведенные нейроучеными за последние 25 лет, которые показали, что разные части мозга созревают в разное время. В частности, это подтверждает работу такого нейроученого как Питер Хаттенлокер (Peter Huttenlocher), который доказал, что префронтальный кортекс у детей созревает довольно поздно.
Однако знания о структуре головного мозга необязательно дают нам большее понимание его функций. Есть хорошая гипотеза, что если какая-то структура еще незрелая, то функции, за которые она отвечает, выдадут ее с головой. Поэтому существует достаточно широко распространенное мнение, что подростки часто рискуют отчасти из-за того, что у них незрелый префронтальный кортекс. Ибо это именно та часть головного мозга, которая помогает подумать дважды и взвесить все за и против подобных действий. Но двигаться от структуры к функции, пытаясь понять, какая часть мозга регулирует какое поведение, — намного более сложная задача.
Джек Шонкофф (Jack Shonkoff), профессор из Университета Брандейса, специализирующийся на изучении развития детей, и автор труда «From Neurons to Neighborhoods» (http://www.nap.edu/books/0309069882/html/), советует быть очень осторожными в интерпретациях открытий нейроученых и не слишком их упрощать. В своем интервью Frontline Шонкофф сказал: «Я советую быть осторожными с высказываниями об открытиях, время для прайм-тайма которых еще просто не пришло».
Джон Бруэр (John Bruer), автор книги The Myth of the First Three Years и президент Фонда Джеймса С. Макдоннелла, ещё более прямолинеен. Бруэр говорит: «Нам следует быть осторожными с этой незатейливой и популярной общественно-политической глянцевой идеей о том, что подростки такие сложные просто потому, что их лобные доли еще незрелые. Да, есть подростки, с которыми трудно находить общий язык. Есть также и взрослые, с которыми трудно находить общий язык по той же причине. Предположительно, у взрослых людей префронтальный кортекс более зрелый. Но есть и очень маленькие дети, у которых, как кажется, нет с этим проблем. Очень незрелая структура головного мозга, но поведение человека, имеющего жизненный опыт. Поэтому эта точка зрения, что есть простая и прямая взаимосвязь между количеством синапсов, массой белого вещества и поведением, которое демонстрируют люди или которого мы от них ожидаем, всё еще требует более глубокого осмысления и изучения, прежде чем по праву станет научным фактом».
Несмотря на предупреждения, касающиеся функций мозга, и того, насколько эти исследования можно использовать в качестве научно доказанных фактов, сейчас уже очевидно, что головной мозг намного более пластичен и подвержен изменениям, чем считалось ранее. Значимые структурные изменения происходят в переходном возрасте и после него. За исключением некоторых четких сенситивных периодов, касающихся зрения, слуха, первого знакомства с родным языком, мозг способен продолжать расти и после первых лет жизни человека. Важный этап развития мозга происходит прямо накануне подросткового возраста и продолжается в этот период. Исследования мозга добавляют новые ракурсы в наше понимание подросткового периода — времени больших возможностей, а вместе с ними и рисков.
Сара Спинкс (Sarah Spinks) — независимый директор и продюсер, работала в канадской радиовещательной корпорации в течение 17-и лет, где ее документальные материалы завоевали много наград.
Перевод Марии Востриковой, Юлии Твердохлебовой
Источник: https://www.pbs.org/wgbh/pages/frontline/shows/teenbrain/work/adolescent.html
Фото: pixabay.com
