Наш мозг не статичен на протяжении жизни. Уже известно, что способность к усвоению нового и риск когнитивных нарушений меняются от младенчества до глубокой старости. Теперь ученые, возможно, нашли этому объяснение: система внутримозговой коммуникации проходит через четыре ключевые стадии перестройки.
Мозг состоит из отдельных зон, которые обмениваются информацией через проводящие пути белого вещества — пучки тонких отростков нейронов (аксонов). От них зависят наши когнитивные функции, например, память. Однако до сих пор было неясно, происходят ли в этой системе глобальные перестройки в течение жизни.
«Никто ранее не объединял множество показателей, чтобы выявить целостные фазы развития нейронных сетей», — говорит когнитивный нейробиолог Алекса Маузли из Кембриджского университета.
Исследователи проанализировали МРТ-снимки мозга около 3800 жителей Великобритании и США в возрасте от 0 до 90 лет, преимущественно здоровых, результатами чего поделились в Nature Communications.
Оказалось, что у доживших до старости людей архитектура нейронных связей проходит через пять основных фаз, разделенных четырьмя ключевыми переломными моментами.
1. От рождения до 9 лет: проводящие пути между регионами мозга становятся длиннее и более извилистыми, что снижает их эффективность. «Передача информации между областями мозга начинает занимать больше времени», — говорит Маузли.
Это может быть связано с тем, что в младенчестве наш мозг насыщен множеством связей, но по мере роста и накопления опыта неиспользуемые соединения постепенно «отсекаются». На этом этапе мозг, по-видимому, отдает приоритет созданию широкого спектра связей, полезных для обучения (например, игре на фортепиано), в ущерб их эффективности.
2. От 9 до 32 лет: картина меняется на противоположную. Маузли предполагает, что этот перелом может быть связан с началом полового созревания, когда гормональные изменения влияют на развитие мозга: «Мозг начинает повышать эффективность связей — они становятся короче, и информация передается из одной области в другую быстрее».
Этот процесс, вероятно, поддерживает развитие таких навыков, как планирование и принятие решений, а также улучшение когнитивных показателей, например, рабочей памяти.
3. От 32 до 66 лет: самый длительный период. «В эту фазу ваш мозг, конечно, все еще меняется, но гораздо медленнее», — отмечает Маузли. В частности, связи между регионами мозга снова начинают постепенно терять эффективность.
«Не совсем ясно, что именно движет этим сдвигом, но возраст около 30 лет связан со множеством серьезных изменений в образе жизни — например, рождение детей, обустройство быта — и это может играть свою роль», — говорит Маузли.
Профессор Катя Рубия из Королевского колледжа Лондона добавляет, что причиной может быть и общий «износ» организма.
4. От 66 до 83 лет: связи между нейронами в пределах одной области мозга становятся стабильнее, чем между разными регионами. «Это интересно, поскольку примерно в это время повышается риск развития таких заболеваний, как деменция, и общих проблем со здоровьем», — комментирует Маузли.
5. От 83 до 90 лет: на последнем этапе связи между регионами мозга ослабевают, и все больше информации передается через ключевые узлы, соединяющие множество зон. «Это говорит о том, что в этой фазе у мозга остается меньше ресурсов для поддержания всех связей, и он вынужден сильнее опираться на определенные регионы, которые выступают в роли центральных узлов», — объясняет Маузли.
Понятно, что это не единый для всех железный график, но на большой выборке хорошо заметны явные пики: 9, 32, 66 и 83 года, то есть такие перестройки — фундаментальное свойство человеческого нейроразвития и старения. Понимание этих изменений может помочь объяснить, почему психические расстройства чаще манифестируют до 25 лет, а люди старше 65 лет особенно уязвимы перед деменцией.
«Важно понимать нормальные переломные моменты в структуре мозга на протяжении жизни, чтобы в будущем мы могли исследовать, что именно нарушается при психических или нейродегенеративных заболеваниях, — говорит Рубия. — Как только мы поймем природу отклонений, это поможет найти способы лечения. Например, можно выяснить, какие факторы окружающей среды или химические вещества вызывают эти различия, и найти способы скорректировать их с помощью терапии, изменений в образе жизни или лекарств».
В первую очередь, однако, необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, применимы ли эти выводы к более разнообразным в этническом и географическом плане популяциям, заключила она.