Мозг в стадии разработки. Потрясающие факты об умственном развитии от зачатия до взросления
Шрифт:
В области развития исполнительных функций мозга было проведено много исследований. Они проводились в лабораторных условиях, поэтому их нельзя в полной мере применять к реальной жизни, однако они позволяют сделать ряд важных выводов. Из результатов исследований понятно, что за исполнительные функции отвечает преимущественно лобная доля. И все же исполнительные функции, по причине своей масштабности и всеобъемлющего характера, опираются и на другие области мозга. Чаще всего в разговоре об этих навыках упоминаются три лобные области:
В целом эта область отвечает за обработку информации «в онлайн-режиме». Таким образом, речь идет об информации, над которой вы работаете в данный момент. Следовательно, эта область участвует в процессе торможения (убеждается, что вы подавляете неоптимальное в данный момент поведение), а также
Формирование нервной трубки из нервной пластинки
Эта область связана среди прочего с концентрацией внимания, подавлением неправильных действий, контролем собственной работы и умением замечать ошибки. Она, например, поддерживает процесс торможения (через подавление неправильных действий) и когнитивную гибкость (через контроль производительности, замечание ошибок и, соответственно, изменившихся обстоятельств).
Функцию этой области мозга трудно определить, поскольку в исследованиях обнаруживается множество противоречивых результатов. Главная задача, которую приписывают орбитофронтальной коре, состоит в определении возможных последствий наших действий. Таким образом, эта область помогает нам предсказать возможные события, чтобы мы могли скорректировать свое поведение соответствующим образом. Кроме того, она помогает подавлять импульсы и контролировать поведение. Эти функции взаимосвязаны с процессом торможения, а также с рабочей памятью и когнитивной гибкостью.
Прямо за задней частью головного мозга находится область, которая в конечном итоге сформирует спинной мозг. Также на этой стадии развивается шишковидная железа, эпифиз. О ее функционировании все еще не так много известно, несмотря на то что об этой интересной области ученые размышляли на протяжении тысяч лет. Впервые она была описана греческим анатомом Герофилом Халкидонским. Он назвал эпифиз «клапаном, который регулирует поток воспоминаний». Французский философ Декарт считал шишковидную железу «вместилищем души». На протяжении многих лет появлялись и другие метафизические описания. По современным представлениям, этот орган после рождения человека начинает вырабатывать гормон мелатонин. Этот гормон очень важен, так как отвечает за регулирование ритма сна и бодрствования. Во внутриутробном периоде железа еще не вырабатывает достаточно мелатонина, но играет важную роль в здоровом развитии плода. В дополнение к шишковидной железе на этом этапе развивается сосудистое сплетение (лат. plexus choroideus), которое отвечает за производство спинномозговой жидкости и выполняет важную защитную функцию. Сосудистое сплетение играет роль барьера, препятствуя поступлению вредных веществ из крови в мозг и отвечая за выведение продуктов метаболизма из мозга в кровь. Это очень важно на ранней стадии развития, когда плод особенно уязвим.
Примерно на третьем месяце беременности кора – внешняя часть мозга – начинает «морщиниться», образуя складки и формируя доли. Причина, по которой кора головного мозга имеет складчатую структуру, довольно проста: складки позволяют уместить гораздо большую площадь поверхности в ограниченном пространстве черепной коробки, чтобы череп при этом не увеличился до размеров воздушного шара (ведь рожать человека с огромной головой было бы очень сложно). Примерно на четвертом месяце развивается особенно глубокая складка, разделяющая мозг на два полушария. Кроме того, в это же время зарождается мозжечок. На снимках мозга он выглядит как маленький шарик, который словно застрял под корой головного мозга. После рождения эта область отвечает за то, как мы двигаемся: контролирует осанку, координацию и равновесие. Начиная с четвертого месяца продолжают формироваться доли мозга, в результате чего примерно на шестом месяце образуются полностью сформированные лобная, височная, теменная и затылочная доли. Между седьмым и девятым месяцами добавляется мозолистое тело (лат. corpus callosum) – пучок нейронных связей, соединяющий левое и правое полушария.
Малыш в движении
Развитие мозга ребенка, естественно, происходит параллельно с развитием всех видов поведения. Поведение плода характеризуется непроизвольными движениями, которые зависят от степени развития центральной нервной системы (частью которой является головной мозг). Или, если смотреть с другой стороны, характер движений плода показывает, на какой стадии развития в данный момент находится его центральная нервная
Первые шевеления происходят примерно на восьмой неделе беременности. За этими движениями еще не скрывается никаких намерений. С девятой недели движения плода постепенно становятся более скоординированными. Они все еще не имеют совершенно никакой цели, потому что для выполнения целенаправленных движений требуется участие мозга. На данном этапе мозг еще недостаточно развит для того, чтобы справиться с этой задачей. Примерно на 12-й неделе плод учится шевелить пальцами рук и ног. С 14-й недели движения становятся более четко организованными, плод начинает исследовать окружающую среду и разминать ножки. Между 26-й и 32-й неделями плод начинает двигать руками, ногами, пальцами рук и ног во всех направлениях. С 34-й недели можно наблюдать, как плод двигает губами в определенном ритме и с определенной частотой. Считается, что это является основой для дальнейшего развития речевой моторики. Это происходит в основном в те моменты, когда ребенок отдыхает. На последней стадии беременности, начиная с 37-й недели, количество движений уменьшается, и становится возможным провести четкое различие между тем, когда плод очень активен и когда он отдыхает.
1.6. Увидеть аномалии в развитии детского мозга
С тех пор как я защитила докторскую диссертацию по исследованию мозга людей с аутизмом, меня часто спрашивают, можно ли диагностировать такие расстройства, как аутизм, СДВГ или шизофрения, на основании результатов МРТ. Люди хотят знать, можно ли это увидеть на изображении мозга. Ответ: нет, нельзя. Аномалии, которые видны на снимках мозга детей, страдающих этими расстройствами, слишком сильно похожи друг на друга. Например, ряд различий между детьми с аутизмом и без него мы наблюдаем и у детей с СДВГ и без него. Это делает невозможным постановку диагноза на основании МРТ-сканирования. В последней части этой главы я расскажу о том, как мы можем (и не можем) с помощью функциональной МРТ (фМРТ) узнавать чуть больше о здоровом или, наоборот, аномальном развитии мозга ребенка.
МРТ, фМРТ и фМРТ в состоянии покоя
Большая часть первоначальных знаний о внутриутробном развитии мозга получена в результате изучения мозга погибших младенцев и в ходе экспериментов на животных, но это мало что говорит о развитии мозга с течением времени. В 1950-х годах для изучения этого процесса впервые были использованы электроды, которые прикладывали к животу беременных женщин. В результате выяснилось, что определенные формы активности могут быть связаны с неврологическими отклонениями. Это был первый шаг к изучению мозговой активности у еще не родившихся детей. Появление таких методов, как МРТ (магнитно-резонансная томография), позволило составить подробную карту мозга. Функциональная МРТ отличается от обычной тем, что отображает не только то, как выглядит мозг, но и то, какие участки мозга активны во время выполнения определенных заданий. Объяснение заключается в том, что активные участки мозга нуждаются в большем количестве крови, насыщенной кислородом, поскольку она также является источником питательных веществ. Другими словами, с помощью фМРТ можно определить, куда в тот или иной момент поступает большая часть насыщенной кислородом крови (например, когда человек, находясь в томографе, выполняет определенную задачу). Затем эти области можно визуализировать в виде, который вы наверняка встречали в научно-популярной литературе: в виде оранжево-красных пятен на изображении мозга, прошедшего сканирование. В середине 90-х годов была представлена новая многообещающая технология – фМРТ в состоянии покоя (англ. resting-state fMRI).
Эта технология основана на том же принципе, что и обычная фМРТ, за исключением того, что она исследует активность мозга не при выполнении задачи, а в состоянии покоя. С помощью фМРТ в состоянии покоя мы можем изучить, как функционируют сети нейронных связей в мозге. Благодаря этому способу визуализации можно получить важные сведения о том, что происходит в процессе развития мозга, когда возникает аномалия или расстройство, поскольку современная наука знает, что болезни развития являются результатом сбоя в формировании одновременно нескольких областей и связей между ними. Другими словами: СДВГ и расстройства аутического спектра возникают не из-за аномального развития какого-то одного участка, но затрагивается целая сеть связей. С помощью фМРТ покоя ученые могут исследовать такие сети в мозге недоношенных детей. Мы знаем, что у недоношенных детей повышенный риск развития расстройств аутического спектра, СДВГ и неврологических проблем. Это может быть связано с тем, что преждевременные роды нарушают развитие нейронных сетей. Изучая их с помощью фМРТ покоя, исследователи обнаружили, что большинство функционирующих сетей, встречающихся в мозге взрослого человека, были видны уже на 26-й неделе. Поэтому «оборудование», способное «заглянуть в мозг», в принципе уже существует, хотя и в недостаточно развитой форме.