Детский мозг не приспособлен думать по-взрослому

Дети. Фото: AP

Даже полностью развитый мозг ребенка работает не так, как мозг взрослого человека. Как утверждают нейрофизиологи из Университета Вашингтона (Washington University) в Сент-Луисе, у детей другой принцип организации мозговых сетей. При выполнении какой-то деятельности связи образуются в основном между анатомически близкими областями, в то время как у взрослого связанными оказываются далекие по расположению структуры.

Чтобы показать это, Стефен Петерсен (Steven E. Petersen), профессор медицинского факультета Университета Вашингтона (the James McDonnell Professor of Cognitive Neuroscience at Washington University School of Medicine) в Сент-Луисе, использовал сочетание нейрофизиологических и математических методов.

Испытуемыми стали 210 человек, из них 66 — дети (7−9 лет), 53 — подростки (10−15 лет) и 91 — взрослые (от 19 до 31 года). Ученые взяли детей, начиная с семи лет, так как в этом возрасте мозг достигает примерно 95% своего взрослого размера, что позволяет сравнивать данные мозгового сканирования в разных возрастных группах.

Колебания отдыхающего мозга

Исследователи применили метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), но в особом варианте. Они сканировали мозг не во время работы, а во время отдыха. В этом состоянии в кровеносной системе мозга происходят спонтанные колебания (медленные, с частотой около 0,1Hz) насыщения крови кислородом. Именно этот параметр и измеряет фМРТ. В областях мозга, которые функционально между собой связаны, объясняют ученые, эти колебания синхронизируются.

Нейрофизиологи работали с так называемыми мозговыми сетями (brain network). Они определили их как группу функционально связанных областей мозга, то есть вовлеченных в единую деятельность. Стефен Петерсен исследует четыре сети: одна объединяет области мозга, активные при размышлении, вспоминании, планировании будущего. Парадоксально, но во время интенсивной работы, связанной с внешними стимулами, активность этих областей падает. Ее можно назвать «внутренней сетью».

Две других сети вовлечены в активное решение «внешних» задач, а четвертая — мозжечковая — реагирует на совершение ошибок в задачах.

Мозговые сети ученые исследовали и математическими методами, а именно: применили к ним теорию графов — раздел математики, изучающий множество объединенных связями узлов.

Детский мозг компактнее

Столь разные методы выявили общую закономерность. В детском мозге сильнее связаны области, которые находятся близко друг от друга. А с возрастом анатомически близкие связи ослабевают, но развиваются другие — функциональные связи между далекими областями.

Это можно проиллюстрировать на примере лобной коры. У детей разные участки лобной коры сильно связаны между собой, но с возрастом эти связи ослабевают, и разные участки начинают входить в разные мозговые сети. Например, дорзо-латеральная префронтальная кора входит в сеть решения задач, а вентро-медиальная префронтальная кора — во «внутреннюю сеть». Налицо разделение.

Другой пример иллюстрирует объединение. «Внутренняя сеть» очень слабо выражена у детей, она постепенно развивается у подростков и прорастает прочными функциональными связями у взрослых. В ней объединены далеко расположенные области: задняя цингулярная кора, нижняя теменная кора и вентромедиальная префронтальная кора.

Мозговая электропроводка — дело наживное

Ученые делают вывод, что в развитии мозга наблюдается переход от локализации функций к их распределению. Оно становится возможным потому, что созревают необходимые проводящие пути мозга, они состоят из длинных нейронных отростков — аксонов, которые с возрастом покрываются изоляцией и лучше проводят нервные импульсы. С возрастом увеличивается также и количество синапсов — межнейронных связей.

Все это позволяет более эффективно решать некоторые задачи, вовлекая в них разные мозговые структуры.

Главный вывод, который делают авторы работы: не стоит требовать от детей решения взрослых задач и взрослого подхода к проблемам — их мозг еще просто не готов к этому.

Статья опубликована в журнале PLoS Computational Biology.

Оригинал статьи находится на сайте INFOX