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

В исследовании, проведенном Кембриджским подразделением MRC Cognition and Brain Sciences, сравнивался мозг 3802 человек в возрасте от нуля до девяноста лет с использованием наборов данных диффузионных МРТ-сканирований, которые отображают нейронные связи, отслеживая, как молекулы воды перемещаются по мозговой ткани.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые сообщили, что они выявили пять основных этапов структуры мозга в жизни среднестатистического человека, разделенные четырьмя ключевыми “поворотными точками” между рождением и смертью, когда наш мозг перестраивается.

“Топология” детского мозга развивается 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 тридцати лет нейронные сети мозга переключаются на режим взросления. Это самый продолжительный период, который длится более трех десятилетий. Третий поворотный момент в возрасте около 66 лет знаменует начало фазы “раннего старения” архитектуры мозга. Наконец, “позднее старение” мозга начинает формироваться примерно в возрасте 83 лет.

“Мы знаем, что работа мозга имеет решающее значение для нашего развития, но нам не хватает общей картины того, как она меняется на протяжении всей нашей жизни и почему”, - сказала доктор Алекса Моусли, стипендиатка Гейтса в Кембридже, возглавлявшая исследование.

“Эти эпохи дают важный контекст для понимания того, в чем наш мозг может быть лучше всего или к чему он более уязвим на разных этапах нашей жизни. Это могло бы помочь нам понять, почему мозг некоторых людей развивается по-разному в ключевые моменты жизни, будь то трудности с обучением в детстве или слабоумие в пожилом возрасте”.

С младенчества и до самого детства наш мозг характеризуется “консолидацией сетей”, поскольку количество синапсов – соединений между нейронами, которые в избытке образуются в мозге ребенка - сокращается, и выживают более активные.

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

Тем временем серое и белое вещество быстро увеличиваются в объеме, так что толщина коры головного мозга – расстояние между внешним серым веществом и внутренним белым веществом – достигает своего пика, а кортикальные складки, характерные выступы на внешней поверхности мозга, стабилизируются.

К первому переломному моменту в возрасте девяти лет мозг претерпевает постепенные изменения в когнитивных способностях, а также повышается риск психических расстройств.

Во вторую “эпоху” мозга, в подростковом возрасте, объем белого вещества продолжает увеличиваться, поэтому организация коммуникационных сетей мозга становится все более совершенной, о чем свидетельствует диффузия воды на снимках.

Эта эпоха определяется эффективностью связей как внутри определенных областей, так и быстрой коммуникацией по всему мозгу, что связано с повышением когнитивных способностей.

“Эффективность работы нервной системы, как вы можете себе представить, тесно связана с короткими путями, и подростковая эпоха - единственная, в которой эта эффективность повышается”, - сказал Моусли.

Пик этих изменений приходится в среднем на начало тридцатых годов, что, по словам исследователей, является “сильнейшим топологическим поворотным моментом” за всю жизнь.

“Примерно в возрасте 32 лет мы наблюдаем наибольшие изменения в направлении взаимодействия и наибольший общий сдвиг в траектории, по сравнению со всеми другими поворотными моментами”, - сказал Моусли.

“В то время как 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 тридцати годам”.

В возрасте 32 лет начинается самая продолжительная эра взросления. Архитектура мозга стабилизируется по сравнению с предыдущими этапами – в течение тридцати лет не было серьезных переломных моментов. Это соответствует “плато в развитии интеллекта и личности”, основанному на других исследованиях, по словам ученых.

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

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 мозговых сетей достигает кульминации в середине шестидесятых годов”, - сказал Моусли. “Вероятно, это связано со старением, с дальнейшим снижением связности по мере того, как белое вещество начинает деградировать.

“В наше время люди сталкиваются с повышенным риском развития различных заболеваний, которые могут повлиять на мозг, таких как гипертония”.

Последний поворотный момент наступает примерно в возрасте 83 лет, и наступает окончательная эпоха формирования структуры мозга. Несмотря на то, что данные по этой эпохе ограничены, определяющей чертой является переход от глобального к локальному, поскольку связность всего мозга еще больше снижается, а зависимость от определенных регионов возрастает.

“Оглядываясь назад, многие из нас чувствуют, что в нашей жизни были разные этапы. Оказывается, мозг тоже проходит через эти эпохи”, - добавил старший автор исследования профессор Дункан Астл, профессор нейроинформатики в Кембридже.

“Многие нарушения в развитии нервной системы, психическом здоровье и неврологические расстройства связаны с тем, как устроен мозг. Действительно, различия в работе мозга предсказывают трудности с вниманием, речью, памятью и целым рядом различных форм поведения”.

“Понимание того, что структурный процесс мозга - это не вопрос постоянного развития, а скорее один из нескольких важных поворотных моментов, поможет нам определить, когда и как его работа подвержена нарушениям”.

Исследование было проведено при поддержке Совета по медицинским исследованиям, Фонда Гейтса и Всемирного благотворительного фонда Темплтона.
Источник