Ученые выделили пять основных «эпох» развития человеческого мозга в одном из самых всеобъемлющих на сегодняшний день исследований, посвященных изменениям нейронных связей от младенчества до старости.
Исследование, основанное на сканировании мозга почти 4000 человек в возрасте от одного года до 90 лет, позволило составить карту нейронных связей и их эволюции в течение нашей жизни. В результате было выявлено пять общих фаз, разделенных четырьмя ключевыми «поворотными точками», в которых организация мозга переходит на другую траекторию, примерно в возрасте 9, 32, 66 и 83 лет.
«Оглядываясь назад, многие из нас чувствуют, что наша жизнь проходит через разные фазы. Оказывается, мозг также проходит через эти этапы», — сказал профессор Дункан Астл, исследователь в области нейроинформатики в Кембриджском университете и старший автор исследования.
«Понимание того, что структурное развитие мозга — это не вопрос постоянного прогресса, а скорее вопрос нескольких важных поворотных моментов, поможет нам определить, когда и как его связи уязвимы для нарушений».
Было установлено, что период развития в детстве длится от рождения до девяти лет, после чего наступает подростковая фаза, которая в среднем длится до 32 лет.
В начале 30-х годов мозг переходит в режим взрослого человека — самый длительный период, длящийся более трех десятилетий. Третий поворотный момент в возрасте около 66 лет знаменует начало фазы «раннего старения» архитектуры мозга. Наконец, «позднее старение» мозга наступает примерно в 83 года.
Ученые количественно оценили организацию мозга с помощью 12 различных показателей, включая эффективность связей, степень их разделения и то, в какой степени мозг зависит от центральных узлов или имеет более диффузную сеть связей.
С младенчества до детского возраста наш мозг характеризуется «консолидацией сети», поскольку богатство синапсов — соединений между нейронами — в мозге ребенка сокращается, и выживают более активные из них. Исследование показало, что в этот период эффективность связей в мозге снижается.
В то же время объем серого и белого вещества быстро растет, так что толщина коры — расстояние между внешним серым веществом и внутренним белым веществом — достигает пика, а складчатость коры, характерные выступы на внешней поверхности мозга, стабилизируется.
Во второй «эпохе» развития мозга, в подростковом возрасте, объем белого вещества продолжает расти, поэтому организация коммуникационных сетей мозга становится все более совершенной. Эта эпоха характеризуется постоянным повышением эффективности связей во всем мозге, что связано с улучшением когнитивных функций. Эпохи были определены на основе постоянной тенденции развития мозга в течение длительного периода, а не на основе его постоянного пребывания в фиксированном состоянии.
«Мы определенно не говорим, что люди в конце 20-х будут вести себя как подростки или что их мозг будет выглядеть как мозг подростка», — сказала Алекса Мусли, руководившая исследованием. «Это действительно модель изменений».
Она добавила, что эти результаты могут дать представление о факторах риска психических расстройств, которые чаще всего возникают в подростковом возрасте.
Примерно в возрасте 32 лет наблюдается самый сильный общий сдвиг в траектории. Жизненные события, такие как рождение ребенка, могут играть роль в некоторых из наблюдаемых изменений, хотя в исследовании это явно не проверялась. «Мы знаем, что у женщин, которые рожают детей, мозг после этого меняется», — сказала Маусли. «Разумно предположить, что может существовать связь между этими вехами и тем, что происходит в мозге».
С 32 лет архитектура мозга, по сравнению с предыдущими фазами, стабилизируется, что соответствует «плато интеллекта и личности», основанному на других исследованиях. Области мозга также становятся более разграниченными.
Два последних поворотных момента были определены снижением связности мозга, которое, как полагают, связано со старением и дегенерацией белого вещества в мозге.