В работе, опубликованной в Nature Communications, установили вехи возрастных изменений мозга: 9, 32, 66 и 83 года (разумеется, это усредненные показатели).
Эти цифры разделяют жизнь человека на пять эпох, в каждую из которых нейронные сети мозга работают по-разному. Это исследование выявило, что мозг не просто «созревает» и «стареет», а последовательно переключается между различными режимами работы.
Способ организации нейронных сетей меняется с возрастом. Например, в детстве сети более «разрозненные», то есть по мере взросления мозг как бы «наводит мосты» между удаленными областями, улучшая дальнюю связь. Это обоснованно, поскольку в детстве и подростковом возрасте развиваются сложные когнитивные функции, требующие координации разных зон. К 30 годам развитие нейронных сетей достигает пика эффективности, а затем они начинают деградировать. Однако эти выводы основывались на анализе отдельных показателей и возрастов и не давали целостной картины. Оставалось неясным, существует ли единая для всей жизни траектория развития и как с возрастом изменяется организация нейронных сетей.
Исследование объединило 4216 человек в возрасте от 0 до 90 лет. Оказалось, что структурная топология мозга проходит через пять четко различимых эпох. Первая эпоха – 0-9 лет. В ней формируются сильные связи между соседними областями мозга (ключевая характеристика возраста), теряются ранее установленные, но ненужные связи между удаленными участками.
Затем происходит радикальная смена развития мозга, и наступает вторая эпоха 9-32 года – период оптимального баланса: нейронные сети одновременно разбиты на специализированные участки (для эффективной обработки специфической информации) и имеют короткие пути между удаленными участками для быстрой координации. Это период максимальной когнитивной гибкости и пика интеллектуальных способностей. К 32-м годам окончательно формируются рабочая память, абстрактное мышление, социальное познание. После 32-х лет эффективность работы мозга обычно начинает несколько снижаться.
Третья эпоха, 32-66 лет – самая длинная. Связи между удаленными участками начинают ослабевать, но при этом укрепляются связи внутри локальных участков. Это новая смена стратегии – мозг переключается на укрепление связей внутри уже существующих локальных участков для поддержания стабильности.
Четвертая эпоха наступает в период 66-83 года, во время которого включается еще одна стратегия поддержания структуры нейронных сетей – мозг становится все более разделенным на изолированные участки. Наконец, пятая эпоха приходит в 83-90 лет: некоторые локальные области становятся все более важными, вероятно, компенсируя потерю дальних связей. Авторы предполагают, что после 83 лет структура мозга стабилизируется и больше не претерпевает изменений.
Обнаруженные переломные точки совпадают с важными биологическими и поведенческими вехами. Девять лет – начало пубертата, время пика синаптического прунинга (процесс удаления избыточных, редко используемых или слабых синаптических связей) и повышения уязвимости к психическим расстройствам. Тридцать два года – пик целостности белого вещества и эффективности нейронных сетей, «пик зрелости» мозга. Шестьдесят шесть лет – период ускоренного возрастного снижения целостности белого вещества и увеличения риска деменции.
Эта работа впервые устанавливает возрастные вехи, которые могут служить ориентирами для оценки отклонений при нейродегенеративных и психических заболеваниях.
Текст: Юлия Баимова