Половые различия в развитии мозга плода: новые научные данные

Новое исследование выявило половые различия в развитии мозга плода

Развитие мозга, особенно в период до рождения, играет ключевую роль в формировании психического здоровья человека в дальнейшей жизни. На основании предыдущих научных исследований известно, что нарушения развития мозга в утробе матери связаны с такими расстройствами, как аутизм и шизофрения. Именно поэтому учёные активно разрабатывают новые методы для отслеживания развития мозга плода, измеряя сложность мозговых сигналов.

Согласно результатам исследования, опубликованного на прошлой неделе (23 февраля) в авторитетном научном журнале Nature Mental Health, даже по мере приближения к моменту родов сложность мозговой активности снижается по мере созревания плода и продолжает уменьшаться после рождения. Но самое удивительное заключается в другом: у мальчиков и девочек наблюдаются различные изменения в уровне сложности мозговой активности, причём у мальчиков этот показатель снижается значительно быстрее, чем у девочек.

Эти выводы основаны на данных магнитной активности мозга, записанной у плодов и новорождённых в ответ на последовательности звуковых тональностей. Полученные результаты имеют важные последствия для будущих исследований, направленных на предсказание риска психических расстройств на основе сложности мозговой активности, зарегистрированной ещё до рождения:

«Чем раньше мы определим риск развития психоневрологических и метаболических расстройств, тем эффективнее сможем поддержать развитие мозга, чтобы предотвратить серьёзное прогрессирование заболевания», — заявил соавтор исследования, профессор Алиреза Гарабаги, директор Института нейромодуляции и нейротехнологий Тюбингенского университета, в пресс-релизе.

Роль пола в развитии мозга: почему мальчики более уязвимы

В качестве постдокторанта Тюбингенского университета и ведущего автора данного исследования меня fascinate ( fascinate — увлекают) результаты, касающиеся половых различий, и их возможная связь с большей уязвимостью мужского мозга в период внутриутробного развития. Нейроразвивающие расстройства с генетической обусловленностью, такие как аутизм и СДВГ (синдром дефицита внимания и гиперактивности), диагностируются у мальчиков значительно чаще, чем у девочек, что указывает на то, что пол оказывает влияние на развитие мозга ещё с самых ранних этапов его формирования.

Пока окончательно не выяснено, связана ли сложность мозговой активности до рождения с психиатрическими исходами в будущем. Однако ранее проведённые исследования других учёных позволили предсказывать начало аутизма спустя годы после рождения на основе сложности мозговой активности, зарегистрированной у маленьких инфантами. Мы знаем из этих ранее опубликованных работ, в том числе из исследований лаборатории профессора Чарльза Нельсона в Гарвардском университете, что уровень сложности мозговой активности действительно имеет значение для прогнозирования состояния здоровья, и это побуждает нас к дальнейшему изучению сложности мозга плода.

Как записывается мозговая активность у плодов: метод магнитоэнцефалографии

Регистрация активности мозга у новорождённых, а особенно у плодов, представляет собой серьёзную техническую задачу, которую нашей команде удалось решить с помощью технологии, называемой магнитоэнцефалография (MEG), которая измеряет магнитные сигналы мозга. Магнитоэнцефалография — это неинвазивный метод нейровизуализации, который позволяет регистрировать магнитные поля, генерируемые электрической активностью нейронов мозга.

В частности, мои коллеги из Центра фетальной магнитоэнцефалографии (fMEG Center) в Тюбингене записали магнитные мозговые ответы на слуховые раздражители в рамках ранее проведённого исследования, целью которого было изучение процессов обучения у плодов на сроке третьего триместра и у новорождённых.

Это предыдущее исследование, возглавляемое Джулией Мозер, которая также является соавтором настоящей работы, показало, что магнитные сигналы мозга у плодов начиная с 35-й недели гестации и у новорождённых демонстрируют характерную дефлексию, когда в последовательности звуковых сигналов нарушается определённый паттерн. Реакция удивления практически напоминает реакцию плода, словно он говорит: «Что?». Этот удивительный ответ указывает на то, что как новорождённые, так и поздние плоды способны усваивать закономерности.

«Сенсорная стимуляция предоставляет нам уникальную возможность наблюдать, как молодые мозги обрабатывают информацию из внешнего мира», — заявил соавтор исследования, профессор Губерт Прейсль, директор Центра fMEG, в пресс-релизе. — «И всё это — в абсолютно безопасной форме».»

Ожидания против реальности: почему сложность мозга снижается

Несмотря на то что мы ожидали увидеть рост сложности мозговой активности по мере развития плода, наши результаты продемонстрировали прямо противоположную картину. Я был удивлён. Интуитивно я полагал, что по мере созревания мозга его активность должна становиться всё более сложной, точно так же, как усложняются его анатомическая структура и функциональные возможности.

Однако, если всмотреться на результаты более пристально, наши выводы вполне логичны, особенно если учесть, что мы регистрировали ответы мозга на звуковые стимулы, а не спонтанную активность. По мере созревания и развития мозг переходит от «хаоса» к упорядоченным паттернам соединений внутри нейронных контуров. Эти паттерны по сути определяют, как мозг должен реагировать на стимулы, такие как звуковые тональности в экспериментах, проведённых Мозер.

Таким образом, более развитый мозг имеет меньше вариантов реакции на один и тот же стимул, а значит, его уровень сложности ниже. Это объясняет, почему сложность мозговой активности уменьшается по мере приближения к моменту рождения.

Редкость исследований мозга плода: почему наши находки могут стать прорывом

Тот факт, что результаты нашей команды могут показаться удивительными, возможно, отчасти объясняется тем, что исследования мозговой активности человеческих плодов крайне редки. В мире существует всего две машины, включая устройство в Центре fMEG в Тюбингене, которые исключительно предназначены для регистрации сигналов магнитоэнцефалографии у человеческих плодов.

Мы можем узнать о мозге плода гораздо больше, чем многие люди предполагают возможным. Технология магнитоэнцефалографии становится всё более совершенной, и в ближайшем будущем появится значительно больше исследовательских групп, изучающих мозговую активность плодов с помощью нового поколения устройств MEG.

Сенсорная стимуляция как ключ к пониманию развивающегося мозга

В качестве предварительной работы к нашему текущему исследованию мы опубликовали научную статью в апреле прошлого года, в которой описали преимущества использования сенсорной стимуляции — таких как слуховые тональные сигналы или вспышки света — для понимания развивающихся умов плодов и новорождённых, включая потенциальные показатели раннего сознания.

Большинство форм стимуляции мозга, применяемых у взрослых, могут быть рискованными или даже вредными, если применять их к развивающимся мозгам младенцев или плодов. Именно поэтому сенсорная стимуляция предоставляет нам уникальную возможность наблюдать, как эти юные мозги реагируют на новую информацию из внешнего мира.

Влияние результатов на будущее нейронаук и психического здоровья

Полученные результаты имеют широкие импликации для области нейронаук и психического здоровья. Возможность отслеживать сложность мозговой активности плода открывает путь к ранней диагностике риска развития серьёзных неврологических и психических расстройств. Это может кардинально изменить подход к пренатальному уходу и раннему вмешательству.

Понимание того, что пол влияет на паттерны развития мозга ещё в период внутриутробного формирования, имеет фундаментальное значение для персонализированной медицины. В будущем это может привести к созданию специализированных программ мониторинга и поддержки, адаптированных как для мальчиков, так и для девочек.

Ограничения и перспективы дальнейших исследований

Несмотря на значительность полученных данных, необходимо отметить ряд ограничений текущего исследования:

• Выборка исследования ограничена, и требуются более масштабные когорты для подтверждения результатов.
• Пока не установлена прямая причинно-следственная связь между снижением сложности мозговой активности и конкретными психиатрическими исходами.
• Необходимы дополнительные исследования для выяснения механизмов, стоящих за наблюдаемыми половыми различиями.
• Технология MEG, хотя и является передовой, пока доступна лишь в ограниченном числе научных центров по всему миру.

Тем не менее прогресс в области фетальной нейровизуализации продолжает стремительно развиваться. Учёные надеются, что в ближайшие годы технологии станут более доступными и позволят проводить подобные исследования на гораздо более крупных группах людей, что значительно повысит статистическую достоверность получаемых данных.

Заключение

Исследование, проведённое командой учёных Тюбингенского университета, стало значительным вкладом в понимание того, как развивается человеческий мозг ещё до рождения. Выявленные половые различия в сложности мозговой активности плода могут иметь далеко идущие последствия для раннего выявления и профилактики нейроразвивающих расстройств, таких как аутизм и СДВГ. По мере развития технологий магнитоэнцефалографии мы можем ожидать появления ещё более детальной информации о том, как устроен человеческий мозг в его самых ранних этапах жизни.

Данное исследование напоминает нам о том, что даже то, что кажется интуитивно очевидным — например, что созревающий мозг должен становиться сложнее — может оказаться не таким простым. Наука продолжает открывать новые грани развития человеческого мозга, и каждое новое открытие приближает нас к более глубокому пониманию психического здоровья человека на протяжении всей жизни.

Данный материал адаптирован из пресс-релиза.