Благодаря современным технологиям теперь мы намного лучше представляем мозг новорожденного ребенка и даже мозг еще не рожденного человеческого существа. Психология развития тоже снабдила нас новыми моделями взаимоотношений между мозгом младенца, окружающим их миром и поведением. Все это помогает нам увидеть восхитительное чудо – младенца и его мозг. Но здесь мы слышим тревожный звоночек, и он предупреждает о мире, в который попали эти маленькие «мозговые губки».
Окно в мозг младенца
Мы только недавно получили возможность заглянуть в мозг новорожденного младенца – раньше мы, как правило, наблюдали недоношенных малышей, умерших до рождения или во время родов. Но теперь мы можем использовать новые методики визуализации мозга, чтобы изучить структуры миниатюрного мозга самых маленьких, рожденных в срок без патологии. Самое интересное, что мы можем рассмотреть даже формирование синаптических связей и нервных путей. И мы имеем право задать вопрос на миллион долларов: отличается ли мозг новорожденной девочки от мозга младенца-мальчика?
Здесь следует подчеркнуть, что визуализация мозга новорожденных представляет собой одну из самых сложных задач, которые стоят перед нейробиологами. Если вы прочитаете любую статью по нейровизуализации, то встретите такие примечания: «данные утрачены из-за избыточного движения», «данные участника исключили, потому что он не смог выполнить задание» или «неполные данные». Это значит, что добровольно согласившаяся на исследование морская свинка не смогла усидеть на месте, заснула, забыла про задание на самой его середине или нажала кнопку «остановите эксперимент», потому что переоценила вместимость своего мочевого пузыря. Теперь представьте, насколько сложнее работать с малышами. Каждый сеанс исследования почти всегда начинается с акклиматизации, когда ученые показывают своим крохотным участникам (и их взрослым сопровождающим), какие приключения им предстоят. Все это сопровождается посещениями центра визуализации и прослушиванием записанных звуков работающего сканера, чтобы ребенок к нему привык. Расписание экспериментов составляют так, чтобы они совпали со временем сна или бодрствования, в зависимости от интересующих ученых когнитивных функций. Большая проблема связана с движением внутри сканера, а малыши известны своей антинаучной подвижностью.
Метод спектроскопии в ближней инфракрасной области (БИК-спектроскопия) считается многообещающим для изучения мозга новорожденных2. Этот метод основан на том же принципе, что и фМРТ, – измерении уровня кровообращения в активных частях мозга. Устройства для БИК-спектроскопии замеряют кровообращение с помощью света. Свет по-разному отражается от кровеносных сосудов, в зависимости от уровня насыщения крови кислородом. Чтобы это измерить, на шлеме закрепляется набор источников света, инфракрасный свет проникает через кости черепа на поверхность мозга, а детекторы в шлеме измеряют отраженный свет. Изменение уровней кислорода в крови рассчитывается по длинам волн отраженного света. Это позволяет намного эффективнее изучать функции мозга и соотносить их с поведением. В результате мы получаем совершенно новое представление о младенцах и их поразительном мозге.
С момента зачатия мозг младенца растет с потрясающей скоростью. Даже маститые нейробиологи не боятся использовать характеристики вроде «восхитительный» и «отлаженный», и цитировать ошеломляющую статистику: до рождения в мозге образуется 250 тысяч нервных клеток в минуту и 700 новых связей между ними в секунду3. Самый активный рост клеток заканчивается к концу второго триместра – довольно многое еще произойдет к концу внутриутробного развития и даже после, но большинство строительных блоков уже будет на месте в момент рождения. Мы знаем, что в третьем триместре нервные пути уже проложены, поскольку наблюдается увеличение количества белого вещества, связующего звенья мозга4. Удивительно, что благодаря развитию методов визуализации мозга мы можем наблюдать появление первых нейронных сетей в крошечном мозге, пока ребенок еще растет в утробе матери5. Итак, мы знаем, что младенцы «готовы» к будущей жизни еще до рождения.
Мозг маленького человечка при рождении весит около 350 грамм, это примерно треть массы мозга взрослого (1300–1400 грамм). Более точным параметром измерения мозга считается его объем, который у новорожденного примерно тридцать четыре кубических сантиметра, так же треть взрослого объема. Обычно у младенцев-мальчиков мозг крупнее, но это различие исчезает, потому что у мальчиков больше и масса тела при рождении. Площадь поверхности мозга составляет около 300 квадратных сантиметров, с учетом неровностей ландшафта из-за «упаковки» мозга в черепную коробку. При этом ландшафт мозга младенцев и взрослых обладает удивительным сходством6.
Когда младенец появляется на свет, его быстрый рост продолжается. Сначала скорость составляет примерно 1 % в день, через первые 3 месяца она постепенно замедляется до 0,5 % в день. Но к этому времени размер мозга увеличивается почти в два раза. Не весь мозг растет с одинаковой скоростью: самые быстрые изменения наблюдается в фундаментальных структурах, которые контролируют зрение и движение. За первые три месяца мозжечок, который управляет движениями, увеличивается вдвое, в отличие от гиппокампа, важнейшего звена в схеме памяти, который увеличивается только на 50 процентов (наверное, поэтому никто не помнит, как учился ходить)7.
К шести годам мозг ребенка вырастает почти до девяноста процентов размера мозга взрослого человека, в отличие от его тела, которому еще расти и расти. Рост серого вещества связан с огромным скачком в развитии дендритов, приемников входных сигналов нервных клеток, и с увеличением количества синапсов, или мест соединений отростков нервных клеток. В мозге малышей почти в два раза больше синаптических соединений, чем в мозге взрослых. Это объясняет энтузиазм развивающегося мозга к связям всего на свете8. А уже в детском и подростковом возрасте происходит постепенное «прореживание» нейронных связей, пока их количество не достигает уровня взрослого мозга.
Несмотря на быстрый рост, связи так же быстро и распадаются, «убирая» лишние. И наконец, после этого нейронные сети стабилизируются и покрываются миелином – белым жироподобным веществом, которое нарастает вокруг нервных волокон и повышает скорость передачи нервного импульса.
ЕЩЕ ДО РОЖДЕНИЯ В ЧЕЛОВЕЧЕСКОМ МОЗГЕ ОБРАЗУЕТСЯ 250 000 НЕРВНЫХ КЛЕТОК В МИНУТУ И 700 НОВЫХ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ НИМИ В СЕКУНДУ.
Ранее считалось, что ошеломляющая скорость роста обусловлена исключительно образованием связей между нервными клетками. В отличие от всех других типов клеток нашего организма, нервные считались невосстановимыми. Раньше думали, что вы получаете полный набор связей с самого рождения, потом образуются синаптические связи, которые постепенно оптимизируются, а любая утрата клеток в результате несчастного случая или старения является невосполнимой и окончательной. Поэтому мозг считали жестко фиксированным органом: если все строительные блоки уже находятся на своем месте в момент рождения, то, возможно, на них как-то и воздействует окружающий мир, но большая часть свойств определяется тем, что мы уже имели до появления на свет. «Ограничения, установленные биологией» – эти слова часто приводились в пример во время обсуждения различий мозга.
