В новом исследовании ученые проанализировали 184 снимка мозга 140 плодов и младенцев с гестационным возрастом от 25 до 55 недель после зачатия. Обычная беременность длится около 40 недель, поэтому эти наборы данных дали исследователям хороший снимок того, как выглядит мозг до и после рождения.
Сканирование показало, что активность нейронов в определенных областях мозга значительно увеличивается после рождения. Эти области включают сенсомоторную сеть, которая отвечает за обработку внешних стимулов, таких как виды и звуки, и за координацию движений. Они также включают подкорковые сети, которые действуют как ретрансляционные узлы для информации из разных областей мозга.
После рождения младенцы внезапно подвергаются воздействию огромного количества сенсорных сигналов из внешнего мира — часто это гудки больничного оборудования, запахи родителей и свет, падающий на них. Их мозг должен быть подготовлен и способен адаптироваться к этому шумному миру за пределами утробы матери. Однако до сих пор было мало что известно о том, как на самом деле меняется активность мозга в период рождения, утверждают авторы нового исследования, опубликованного 19 ноября в журнале PLOS Biology.
«Рождение — самое значительное событие в жизни человека; это действительно резкая перемена от in utero [в матке] к внешней среде», — рассказала Live Science Ланьсинь Цзи, ведущий автор исследования и постдокторский научный сотрудник NYU Langone Health. «Таким образом, происходит множество изменений во всем организме, включая мозг».
В течение десяти лет коллеги Цзи собирали подробные данные сканирования мозга плодов и младенцев с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Этот метод косвенно измеряет активность мозга, отслеживая, сколько насыщенной кислородом крови протекает через орган и, следовательно, используется нейронами в различных областях.
Обычно ученые проводят фМРТ, заставляя человека лежать очень неподвижно в сканере в форме трубки. Однако трудно получить четкий сигнал о мозговой активности плода, особенно учитывая, что он много двигается в утробе матери, говорит Цзи.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи сканировали мозг плодов с помощью мягкой магнитной катушки, которую прикладывали прямо к животу матери. Затем они использовали различные аналитические методы, включая искусственный интеллект (ИИ), чтобы устранить влияние движений плода. Устранив этот шум, они смогли восстановить нейронную активность, которая разворачивалась в мозге плода.
Помимо наблюдаемых эффектов в сенсомоторных и подкорковых сетях, исследователи также заметили, что активность мозга значительно увеличивается в «высшей лобной сети» при рождении. Эта сеть взаимосвязанных областей мозга регулирует более сложные когнитивные навыки, такие как рабочая память, которая позволяет людям запоминать вещи в краткосрочной перспективе — например, когда они обдумывают математическую задачу или изучают набор инструкций.
«Изменения в верхней лобной коре выходят за рамки наших ожиданий, поскольку мы считаем, что лобная доля развивается позже в детстве, — говорит Цзи. Поэтому необходимы дополнительные исследования, чтобы объяснить эти новые результаты».
Примечательно, что хотя исследователи наблюдали резкое и значительное увеличение функциональной связности при рождении, эффективность связи между нейронами увеличивалась гораздо более постепенно. Другими словами, нейроны были связаны с другими гораздо больше, но эффективная сеть еще не была сформирована.
Исследователи полагают, что мозгу может потребоваться время для совершенствования структуры сети, чтобы оптимизировать ее эффективность, удаляя при этом ненужные связи, — явление, известное как синаптическая обрезка.
Исследователи надеются, что их новые результаты послужат основой для будущих исследований, изучающих, как факторы окружающей среды могут влиять на развитие мозга до и после рождения. Теперь они планируют сравнить сроки и рост мозговых сетей у недоношенных детей — тех, кто родился живым до 37 недель — с таковыми у доношенных детей, чтобы выяснить, отличаются ли они в своем раннем развитии мозга, сказал Джи.
Исследование, проведенное группой ученых, не только расширяет наши знания о нейронной активности в период рождения, но и подчеркивает важность понимания возраста, в котором мозг становится более восприимчивым к окружающей среде. Воздействие на младенцев различных сенсорных стимулов, начиная с момента рождения, может существенно повлиять на их когнитивное и эмоциональное развитие. Это открытие может кардинально изменить подходы к раннему вмешательству в учебных и терапевтических практиках.
Нарастающая активность в высоких лобных сетях также предполагает, что процесс когнитивного развития может начинаться гораздо раньше, чем считалось ранее. Это поднимает множество вопросов о том, какие именно факторы окружающей среды могут способствовать или мешать этой активности. В то же время, понимание синаптической обрезки и ее роли в формировании нейронных связей может иметь важные последствия для диагностики и лечения неврологических расстройств, таких как аутизм или синдром дефицита внимания.
Будущее исследований, основанных на этих открытиях, открывает новые горизонты для изучения не только нейробиологии, но и психологии развития. Такие исследования могут помочь родителям и воспитателям лучше понимать, как создать оптимальные условия для роста и обучения детей с первых дней жизни.
