Ученые впервые составили карту изменений мозга человека от рождения до 100 лет
Наш мозг постоянно работает как сложная сеть: нередко удаленные друг от друга области активируются одновременно, что указывает на их совместное участие в одной и той же функции. Такое согласованное действие и называют функциональной связностью.
Чтобы понять, как устроена эта система, исследователи анализируют так называемые функциональные оси мозга — крупные шкалы, вдоль которых можно расположить разные области в зависимости от того, как они связаны с остальными участками нервной системы.
Источник: Microscape/SPL. Области мозга, которые действуют согласованно, меняются по мере взросления человека.
МОСКВА, 30 марта. /Новости науки/. Международная группа исследователей впервые создала подробный атлас функциональной организации мозга человека на протяжении всей жизни — от первых дней после рождения до 100-летнего возраста. Работа основана на анализе томографических данных более 3,5 тыс. человек и показывает, как с возрастом меняются связи между разными отделами мозга, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.
«Само по себе уже очень важно понять, как все три главные функциональные оси мозга формируются и меняются на протяжении всей человеческой жизни. Это необходимо для понимания того, как работает мозг человека», — приводятся в сообщении слова соавтора исследования, радиолога Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле Пью-Тиана Япа.
Как отмечают ученые, мозг постоянно работает как сложная сеть: нередко удаленные друг от друга области активируются одновременно, что указывает на их совместное участие в одной и той же функции. Такое согласованное действие и называют функциональной связностью.
Чтобы понять, как устроена эта система, исследователи анализируют так называемые функциональные оси мозга — крупные шкалы, вдоль которых можно расположить разные области в зависимости от того, как они связаны с остальными участками нервной системы.
Одной из главных считается ось «от сенсорной обработки к ассоциативной деятельности». На одном ее конце находятся области, в основном отвечающие за обработку сигналов органов чувств. На другом — зоны, участвующие в более сложной интеграции информации, мышлении и когнитивной работе. Между ними располагаются переходные области, которые соединяют непосредственное восприятие с более абстрактной обработкой.
Ранее ученые уже изучали, как такие функциональные оси ведут себя на отдельных этапах жизни, но до сих пор не существовало единой картины того, как все три главные функциональные шкалы мозга меняются на протяжении полного жизненного цикла человека.
Чтобы восполнить этот пробел, исследователи проанализировали данные функциональной магнитно-резонансной томографии 3 556 человек в возрасте от 16 дней до 100 лет. Такой тип томографии позволяет отслеживать активность мозга и оценивать, какие его области работают согласованно.
Оказалось, что каждая из трех главных функциональных осей проходит собственный путь развития от младенчества до старости. Например, различие между зонами на противоположных концах сенсорно-ассоциативной оси становится все более выраженным в детстве и подростковом возрасте и достигает максимума примерно к 19 годам.
По словам исследователей, именно это постепенное усиление различий помогает мозгу перейти к более зрелой, «взрослой» организации.
Кроме того, ученые обнаружили, что у молодых взрослых людей, чья сенсорно-ассоциативная ось была ближе к средней для популяции картине, в целом лучше оказывались показатели когнитивной работы — в том числе скорость обработки информации и память.
Еще одна функциональная ось, связанная с когнитивным контролем и формированием внутренних представлений об информации, оказалась связана с ранним развитием моторных навыков. Это, по мнению исследователей, говорит о том, что разные типы функциональной организации становятся особенно важными на разных этапах жизни.
Специалисты считают, что новый атлас может оказаться полезным для понимания того, когда и как возникают нарушения развития мозга, а также нейродегенеративные заболевания, связанные со старением.
При этом ученые подчеркивают, что созданная карта описывает общие закономерности и пока не позволяет полностью отразить индивидуальную функциональную организацию мозга у каждого конкретного человека. Следующим важным шагом станет более точное отслеживание того, как мозговые сети меняются с течением времени у отдельных людей.
В дальнейшем исследователи планируют глубже разобраться в механизмах, которые управляют формированием этих функциональных паттернов, а также изучить, как они выглядят в разных группах населения.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
«Само по себе уже очень важно понять, как все три главные функциональные оси мозга формируются и меняются на протяжении всей человеческой жизни. Это необходимо для понимания того, как работает мозг человека», — приводятся в сообщении слова соавтора исследования, радиолога Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле Пью-Тиана Япа.
Как отмечают ученые, мозг постоянно работает как сложная сеть: нередко удаленные друг от друга области активируются одновременно, что указывает на их совместное участие в одной и той же функции. Такое согласованное действие и называют функциональной связностью.
Чтобы понять, как устроена эта система, исследователи анализируют так называемые функциональные оси мозга — крупные шкалы, вдоль которых можно расположить разные области в зависимости от того, как они связаны с остальными участками нервной системы.
Одной из главных считается ось «от сенсорной обработки к ассоциативной деятельности». На одном ее конце находятся области, в основном отвечающие за обработку сигналов органов чувств. На другом — зоны, участвующие в более сложной интеграции информации, мышлении и когнитивной работе. Между ними располагаются переходные области, которые соединяют непосредственное восприятие с более абстрактной обработкой.
Ранее ученые уже изучали, как такие функциональные оси ведут себя на отдельных этапах жизни, но до сих пор не существовало единой картины того, как все три главные функциональные шкалы мозга меняются на протяжении полного жизненного цикла человека.
Чтобы восполнить этот пробел, исследователи проанализировали данные функциональной магнитно-резонансной томографии 3 556 человек в возрасте от 16 дней до 100 лет. Такой тип томографии позволяет отслеживать активность мозга и оценивать, какие его области работают согласованно.
Оказалось, что каждая из трех главных функциональных осей проходит собственный путь развития от младенчества до старости. Например, различие между зонами на противоположных концах сенсорно-ассоциативной оси становится все более выраженным в детстве и подростковом возрасте и достигает максимума примерно к 19 годам.
По словам исследователей, именно это постепенное усиление различий помогает мозгу перейти к более зрелой, «взрослой» организации.
Кроме того, ученые обнаружили, что у молодых взрослых людей, чья сенсорно-ассоциативная ось была ближе к средней для популяции картине, в целом лучше оказывались показатели когнитивной работы — в том числе скорость обработки информации и память.
Еще одна функциональная ось, связанная с когнитивным контролем и формированием внутренних представлений об информации, оказалась связана с ранним развитием моторных навыков. Это, по мнению исследователей, говорит о том, что разные типы функциональной организации становятся особенно важными на разных этапах жизни.
Специалисты считают, что новый атлас может оказаться полезным для понимания того, когда и как возникают нарушения развития мозга, а также нейродегенеративные заболевания, связанные со старением.
При этом ученые подчеркивают, что созданная карта описывает общие закономерности и пока не позволяет полностью отразить индивидуальную функциональную организацию мозга у каждого конкретного человека. Следующим важным шагом станет более точное отслеживание того, как мозговые сети меняются с течением времени у отдельных людей.
В дальнейшем исследователи планируют глубже разобраться в механизмах, которые управляют формированием этих функциональных паттернов, а также изучить, как они выглядят в разных группах населения.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
