Исследователи долгое время считали, что область мозга, участвующая в некоторых из высших форм познания и мышления – префронтальная кора (ПФК) – у маленьких детей, особенно младенцев, была слишком недоразвита, чтобы участвовать в сложных когнитивных задачах. Новое исследование, опубликованное в Journal of Neuroscience, говорит об обратном. Учитывая задачу изучения простых иерархических правил, младенцы, казалось, использовали те же схемы, что и взрослые, выполняющие аналогичную задачу.
По словам старшего автора исследования Дима Амсо, доцента когнитивных, лингвистических и психологических наук (CLPS), результаты показывают, что даже в возрасте 8 месяцев ПФК ребенка выглядит должным образом адаптированным к задачам, важным для ребенка этого возраста. в Университете Брауна.
"Вау-фактор – это не «Посмотрите, как работает PFC»" Амсо сказал. "Кажется, что происходит то, что его функция действительно хорошо подходит для того, что этим младенцам необходимо усвоить в данный момент своего развития."
Конечно, младенцы еще не готовы к написанию сочинений или планированию повседневных дел, сказал Амсо, но их мозг должным образом приспособлен для изучения основных элементов своего мира и того, как лучше всего их организовать. PFC не в автономном режиме. Вместо этого он подходит для целей детства.
Пример из двуязычия
Чтобы сделать это открытие, Амсо, ведущий автор Дениз Верчан, коллега-профессор CLPS Майкл Франк, а затем постдокторант Энн Коллинз, которая сейчас является доцентом Калифорнийского университета в Беркли, разработали задачу, первоначально разработанную Коллинзом и Фрэнком, для проверки функции PFC. у взрослых. Версия для младенцев была сделана параллельно с обстоятельствами взросления в двуязычной семье. Может быть, мама и члены ее семьи говорят по-английски, а папа и его семья – по-испански. Младенцы должны усвоить, что разные группы людей используют разные слова для обозначения одних и тех же вещей.
Для ученых эта ассоциация одних людей с одним языком, а других – с другим, является примером "иерархический набор правил." Говорящий человек – это контекст более высокого уровня, который определяет, какой язык будет использоваться. Младенцы должны усвоить, что мама и ее брат скажут "Кот" когда папа и его сестра скажут "гато" относиться к одному и тому же домашнему животному.
Команда хотела определить, как детский мозг справляется с этой задачей. Они набрали 37 младенцев, чтобы изучить простую, абстрактную версию двуязычного сценария, при этом их мозговая активность и поведение тщательно контролировались.
На экранах перед ними младенцам показывали лицо, а затем изображение игрушки. При этом в голосе, связанном с лицом, они слышали определенное бессмысленное слово, как если бы изображенный человек – назовите ее "человек 1" – так называл изображенную игрушку. Затем они увидели другое лицо с другим связанным голосом и назовут ту же игрушку новым словом (i.е. будто "человек 2" говорил на другом языке). В течение нескольких раундов, переключаясь вперед и назад, младенцы подвергались этим ассоциациям человека 1 с одним словарным запасом и человека 2 с другим словарным запасом.
После этой фазы младенцев представили человеку 3 на экране, который использовал те же слова, что и человек 1, но также представил несколько новых (в метафоре двуязычной семьи, представьте человека 3 как сестру отца, если человек 1 – папа. ). Если бы младенцы изучали правила, они бы ассоциировали новые слова человека 3 с человеком 1, потому что в остальном они говорили тот же набор правил или "язык."
В мгновение ока
Исследователи проверили, происходит ли обучение, представив младенцев с людьми 1 и 2, говорящими из нового словаря человека 3. Младенцы, которые учились, должны по-разному реагировать на каждый случай. Им следует подольше взглянуть на неожиданный случай с человеком 2, используя слово из словаря человека 3. Фактически, это то, что сделали младенцы. В среднем они смотрели на эту удивительную ситуацию человека 2, говорящего на непоследовательном языке, на пару секунд дольше, чем на ожидаемый случай, когда человек 1 говорит как человек 3.
Тем временем исследователи отслеживали активность мозга с помощью прибора для спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRS), предоставленного вместе с технической поддержкой TechEn, Inc. По словам Амсо, NIRS безопасно регистрирует мозговую активность на коже головы и поэтому становится важным для исследований младенцев. Младенцы носят специальную повязку на голову, которая удерживает датчики ближнего инфракрасного диапазона над интересующей областью кожи головы. Датчики определяют, сколько инфракрасного света поглощается гемоглобином в крови, и, следовательно, сообщают, где активность мозга наиболее высока (потому что кровь идет туда).
Исследователи также отслеживали моргание глаз младенцев, потому что недавние исследования показали, что моргание глаз отражает степень участия нейромедиатора дофамина. Когда взрослые изучают иерархические правила, Фрэнк и Коллинз объединили экспериментальные данные с компьютерными моделями функции мозга, чтобы предположить, что ключевой цепью является связь между ПФК и другой областью, называемой полосатым телом. Эта связь опосредуется и подкрепляется дофамином.
Результаты инфракрасной записи и отслеживания моргания глаз подтвердили гипотезу о том, что, когда дети учились, они активно использовали PFC, как и взрослые. И активность ПФУ, особенно в правой дорсолатеральной ПФК, и моргание глаз были значительно увеличены, когда младенцев просили переключиться с одного "язык" в другой, который является наиболее требовательным с точки зрения познания моментом для PFC во время выполнения задачи.
"После того, как вы изучите эти иерархические структуры, каждый раз, когда вам нужно получить доступ или использовать одну из них, вам необходимо обновить структуру в рабочей памяти," Верчан сказал. "Когда задача переключается, вам нужно обновить информацию в PFC."
Более того, степень повышенного ПФК и активности моргания у младенцев предсказывала, насколько отчетливо они отреагировали на неожиданную ситуацию, когда человек говорит несовместимо с их языком – мера того, насколько хорошо младенцы усвоили структуры правил.
Новый взгляд на развитие
Амсо сказал, что результаты показывают, что раннее нейроразвитие следует рассматривать иначе, чем раньше. Вместо того, чтобы рассматривать молодые мозги как незрелые и менее функциональные, лучше было бы рассматривать их как постоянно адаптирующиеся к решению ключевых проблем, с которыми они сталкиваются. В здоровом состоянии они настолько сложны, насколько должны быть.
"Таким образом, атипичное развитие может отражать неспособность адаптироваться к экологическим вызовам или более раннюю адаптацию из-за неблагоприятной окружающей среды. Амсо сказал. "Мы и другие исследователи исследуем эти идеи как имеющие отношение к развитию PFC."