Люди рождаются с мозгом, пронизанным избыточными нейронными связями. Их медленно удаляют до раннего детства, когда, по мнению ученых, структура мозга становится относительно стабильной.
Теперь пара исследований, опубликованных в янв. 6, 2017, выпуск журнала “Наука” и ноябрь. 30 ноября 2016 г. в Cortex Cortex, предполагают, что этот процесс сложнее, чем считалось ранее. Впервые группа обнаружила, что микроскопический рост ткани в головном мозге продолжается в областях, которые также показывают изменения в функциях.
Эта работа переворачивает центральную мысль нейробиологии о том, что на протяжении всей нашей жизни количество мозговой ткани движется в одном направлении – от слишком большого до достаточного. Группа сделала этот вывод, изучив мозг группы участников, о которой часто забывают: детей.
"Я бы сказал, что только в последние 10 лет психологи начали изучать детский мозг," сказал Каланит Грилл-Спектор, профессор психологии в Стэнфорде и старший автор обеих статей. "Проблема в том, что дети – не взрослые в миниатюре, и их мозг показывает, что. Наша лаборатория изучает детей, потому что еще предстоит узнать много базовых знаний о развивающемся мозге в этом возрастном диапазоне."
Гриль-Спектор и ее команда исследовали область мозга, которая отличает лица от других объектов. В коре головного мозга они демонстрируют, что области мозга, распознающие лица, имеют уникальный клеточный состав. В науке они обнаружили, что микроскопические структуры в регионе меняются от детства к взрослой жизни в течение периода времени, который отражает улучшение способности людей распознавать лица.
"Мы действительно видели, что ткань разрастается," сказал Джесси Гомес, аспирант лаборатории Грилл-Спектор и ведущий автор научной статьи. "Многие люди пессимистично относятся к мозговой ткани: эта ткань медленно теряется с возрастом. Мы увидели обратное: все, что осталось после обрезки в младенчестве, можно использовать для выращивания."
Микроскопические изменения головного мозга
Группа изучала области мозга, которые распознают лица и места соответственно, потому что знание того, на кого вы смотрите и где находитесь, важно для повседневной деятельности. У взрослых эти части мозга являются ближайшими соседями, но с некоторыми видимыми структурными отличиями.
"Если бы вы могли пройтись по мозгу взрослого и смотреть на клетки, это было бы похоже на прогулку по разным кварталам," Гомес сказал. "Клетки выглядят иначе. Они по-разному организованы."
Заинтересовавшись более глубокими клеточными структурами, невидимыми с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), группа из Стэнфордского университета в сотрудничестве с коллегами из Института нейробиологии и медицины Исследовательского центра Юлих в Германии получила тонкие срезы тканей головного мозга после вскрытия. В течение года в рамках этого международного сотрудничества выяснилось, как сопоставить области мозга, идентифицированные с помощью функциональной МРТ в живом мозге, с соответствующими срезами мозга. Это позволило им извлечь микроскопическую клеточную структуру областей, отсканированных с помощью функциональной МРТ, что пока невозможно сделать на живых объектах. Микроскопические изображения показали видимые различия в клеточной структуре между областями лица и места.
"В этой области была несбыточная мечта, что однажды мы сможем измерить клеточную архитектуру в мозгу живых людей, и это показывает, что мы добиваемся прогресса," сказал Кевин Вайнер, научный сотрудник Стэнфордского университета по социальным наукам, соавтор научной статьи и один из ведущих авторов статьи о коре головного мозга с Майклом Барнеттом, бывшим научным сотрудником лаборатории.
Окрестности мозга
Эта работа установила, что две части мозга у взрослых выглядят по-разному, но Гриль-Спектор интересовался этими областями в мозгу детей, особенно потому, что навыки, связанные с областью лица, улучшаются в подростковом возрасте. Для дальнейшего изучения того, как развитие этих навыков связано с развитием мозга, исследователи использовали новый тип техники визуализации.
Они просканировали 22 детей (от 5 до 12 лет) и 25 взрослых (от 22 до 28 лет) с помощью двух типов МРТ: одного, который косвенно измеряет активность мозга (функциональная МРТ), и другого, который измеряет соотношение ткани и воды в головном мозге (количественный анализ). МРТ). Это сканирование использовалось, чтобы показать изменения в жировой изоляции, окружающей длинные нейронные провода, соединяющие области мозга в течение жизни человека, но это исследование является первым, в котором этот метод используется для прямой оценки изменений в теле клеток.
Результаты, опубликованные в журнале Science, заключаются в том, что, помимо различий в активности мозга в этих двух областях, количественная МРТ показала, что определенная ткань в области лица растет по мере развития. В конечном итоге это развитие вносит свой вклад в тканевые различия между областями лица и места у взрослых. Более того, свойства тканей были связаны с функциональными изменениями как активности мозга, так и способности распознавать лица, которые они оценивали отдельно. Пока нет указаний на то, какое изменение вызывает другое или происходят ли они в тандеме.
Испытательный стенд
Возможность узнавать знакомые лица и места, хотя и является важным набором навыков, может показаться странным выбором для изучения. Причина, по которой эти регионы заслуживают особого внимания, сказал Гриль-Спектор, заключается в том, что мы можем идентифицировать их в мозгу каждого человека, даже 5-летнего ребенка, а это означает, что исследование этих регионов может включать большие группы участников и давать результаты. которые легко сравнить в разных исследованиях. Это исследование также имеет последствия для здоровья, так как примерно 2 процента взрослого населения плохо распознают лица – это расстройство, которое иногда называют лицевой слепотой.
Более того, веретенообразная извилина, анатомическая структура в мозге, которая содержит области обработки лица, встречается только у людей и человекообразных обезьян (горилл, шимпанзе, бонобо и орангутангов).
"Если бы вы сказали мне пять или 10 лет назад, что мы действительно сможем измерить рост тканей in vivo, я бы не поверил," Гриль-Спектор сказал. "Это показывает, что в тканях происходят реальные изменения, происходящие на протяжении всего вашего развития. Я думаю это фантастика."