Сканирование мозга 3802 человек показало, как меняется структура мозга в четырёх основных переломных моментах жизни

Команда нейробиологов из Кембриджского университета в Великобритании определила пять общих фаз развития структуры мозга в течение средней продолжительности жизни человека. Эти этапы происходят по мере того, как человеческий мозг перестраивается, чтобы поддерживать различные способы мышления, пока мы растём, созреваем и, в конечном итоге, стареем. Пять основных переломных моментов подробно описаны в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.

В ходе исследования они сравнили мозг 3802 человек в возрасте от 0 до 90 лет, используя наборы данных диффузионной МРТ. Этот тип МРТ отображают нейронные связи, отслеживая движение молекул воды через ткани мозга. Они обнаружили пять общих фаз развития структуры мозга в течение средней продолжительности жизни человека, которые разделены четырьмя ключевыми переломными моментами между рождением и смертью, когда наш мозг перестраивается.

Основные переломные моменты происходят в следующем возрасте:

• Девять лет (архитектура мозга в детском возрасте);

• 32 года (архитектура мозга во взрослом возрасте);

• 66 лет (раннее старение);

• 83 года (позднее старение).

«Мы знаем, что связь между нейронами в мозге имеет решающее значение для нашего развития, но нам не хватает общего представления о том, как она меняется на протяжении нашей жизни и почему», — заявила соавтор исследования и нейробиолог доктор Алекса Мусли. «Это исследование является первым, в котором определены основные фазы развития мозга на протяжении всей жизни человека. Эти этапы дают важную информацию о том, в чем наш мозг может быть сильнее всего или более уязвим на разных стадиях нашей жизни. Это может помочь нам понять, почему некоторые мозги развиваются по-разному в ключевые моменты жизни, будь то трудности в обучении в детстве или деменция в пожилом возрасте».

Возраст до девяти лет — от младенчества до детства

С младенчества до раннего детства мозг характеризуется консолидацией сетей. Все соединения между нейронами, называемые синапсами, которые были избыточно произведены в мозге младенца, сокращаются. Более активные синапсы выживают, формируя раннюю архитектуру мозга.

Во всём мозге эти связи перестраиваются по одной и той же схеме от рождения до примерно девяти лет. В то же время объём серого и белого вещества мозга быстро растёт.

Детский мозг развивается с момента рождения до переломного момента в возрасте девяти лет. В этот период мозг переживает изменения в когнитивных способностях, но также повышается риск развития психических расстройств.

32 года – формирование взрослого мозга

Вскоре после 30 нейронные связи мозга переходят во взрослый режим. Объём белого вещества продолжает расти, поэтому коммуникационные сети мозга всё более совершенствуются на основе МРТ-сканирования, показывающего движение молекул воды. Эти изменения поддерживают мозг на повышенном уровне когнитивной деятельности, который достигает пика вскоре после 30 и является «самым сильным топологическим поворотным моментом» мозга за всю жизнь, по мнению команды.

«В возрасте около 32 лет мы наблюдаем наиболее значительные изменения в связях и самый большой общий сдвиг в траектории по сравнению со всеми другими переломными моментами», — сказал Маусли. «В то время как половое созревание даёт чёткий старт, конец подросткового периода гораздо сложнее определить с научной точки зрения. Основываясь исключительно на нейронной архитектуре, мы обнаружили, что подростковые изменения в структуре мозга заканчиваются примерно в начале тридцатых лет».

Взрослая жизнь — самый длинный период, длиной в три десятилетия. Архитектура мозга также стабилизируется по сравнению с предыдущими фазами, и в течение следующих 30 лет не происходит никаких серьёзных поворотных моментов. По мнению команды, это соответствует «плато в интеллекте и личности».

Возраст 66 лет — начало раннего старения

Этот переломный момент между 60 и 70 годами знаменует начало фазы «раннего старения» архитектуры мозга. Это более мягкий период, который не характеризуется какими-либо серьёзными структурными изменениями. Однако команда всё же обнаружила значимые изменения в структуре мозговых сетей в среднем в возрасте около 66 лет.

«Данные свидетельствуют о том, что постепенная реорганизация мозговых сетей достигает своего пика в середине шестидесятых годов», — сказал Маусли. «Вероятно, это связано со старением, при котором связность продолжает снижаться по мере дегенерации белого вещества. В этом возрасте люди сталкиваются с повышенным риском развития различных заболеваний, которые могут повлиять на мозг, таких как гипертония».

Возраст 83 года — позднее старение

Последний поворотный момент наступает в возрасте около 83 лет. Данные по этому последнему этапу более ограничены, но его определяющей чертой является переход от глобального к локальному. Связность всего мозга снижается ещё больше и зависит от определённых областей, поскольку другие теряют свою функциональность.

«Оглядываясь назад, многие из нас чувствуют, что наша жизнь состояла из разных этапов. Оказывается, мозг также проходит через эти этапы», — добавил соавтор исследования и нейробиолог Дункан Астл. «Многие нарушения нервно-психического развития, психического здоровья и неврологические заболевания связаны с особенностями связей в мозге. Действительно, различия в связях мозга предсказывают трудности с вниманием, речью, памятью и целым рядом различных видов поведения».

Понимание того, что развитие структуры нашего мозга в целом проходит через несколько основных поворотных моментов, а не является плавным процессом, может помочь нейробиологам лучше определять, когда и как связи мозга становятся более уязвимыми.