Мозг с запасом: почему нейробиологи пересматривают представления о развитии памяти у новорожденных

Нейробиологи из Австрии сделали открытие, которое может изменить современные представления о том, как формируется человеческая память и развивается мозг в первые дни жизни. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало: мозг новорожденных, возможно, изначально устроен не как «чистый лист», а как сверхсложная сеть с огромным количеством лишних связей. Уже позже эта система начинает избавляться от ненужного, превращаясь в более эффективную структуру.

К такому выводу пришли ученые из Institute of Science and Technology Austria, исследовавшие развитие мозга у мышей.

Не рост, а сокращение

Долгое время в науке преобладала интуитивно понятная идея: мозг ребенка развивается за счет постоянного усложнения. Считалось, что по мере взросления формируются новые нейронные связи, сеть становится все плотнее, а интеллект — совершеннее.

Однако новые данные говорят о противоположном процессе.

Исследователи сосредоточились на гиппокампе — области мозга, отвечающей за пространственную память и перевод кратковременных воспоминаний в долговременные. Особое внимание уделялось зоне CA3 — одному из ключевых узлов нейронной коммуникации.

Оказалось, что сразу после рождения эта система у мышей буквально перенасыщена соединениями. Нейроны образуют огромное количество контактов, многие из которых выглядят хаотичными и даже случайными.

Но затем начинается обратный процесс: часть связей исчезает.

С возрастом сеть становится менее плотной, зато более организованной и эффективной.

Один из авторов работы, нейробиолог Петер Йонас, признался, что результаты стали неожиданностью даже для самих исследователей.

«Интуитивно можно было бы предположить, что нейронная сеть со временем только растет и усложняется. Но мы увидели противоположное», —

отметил ученый.

Что такое «прунинг»

Этот механизм исследователи называют «моделью прунинга» — от английского pruning («обрезка»).

Смысл процесса можно сравнить с работой садовника: чтобы дерево росло правильно, лишние ветви удаляют. Похожим образом мозг избавляется от неэффективных или ненужных связей.

В результате формируется не максимально большая, а максимально полезная сеть.

Ученые считают, что такая стратегия может быть чрезвычайно выгодной для организма. Вместо того чтобы строить нейронные контакты заново под каждую задачу, мозг заранее создает огромное число потенциальных маршрутов.

Позже остается лишь выбрать наиболее удачные.

Исследователи сравнивают этот механизм с дорожной системой мегаполиса. Проще добраться до нужной точки, если дороги уже существуют — достаточно определить оптимальный маршрут.

Как проводилось исследование

Команда анализировала мозг мышей на трех этапах развития:

• сразу после рождения;
• в подростковом возрасте;
• у взрослых животных.
• Нейробиологи измеряли электрическую активность клеток, изучали плотность соединений и отслеживали, как меняется структура нейронной сети с возрастом.

Особый интерес вызвал именно гиппокамп, поскольку эта область мозга выполняет роль своеобразного центра интеграции информации. Здесь объединяются сигналы от зрения, слуха, обоняния и других органов чувств.

Для такой сложной работы, предполагают ученые, особенно важна гибкость архитектуры мозга.

Почему открытие важно

Хотя исследование пока проводилось только на мышах, ученые считают результаты крайне значимыми для понимания работы человеческого мозга.

Если аналогичный механизм существует у людей, это может объяснить многие особенности раннего развития ребенка:

• высокую скорость обучения в младенчестве;
• невероятную пластичность детского мозга;
• способность быстро адаптироваться к окружающей среде;
• особенности формирования памяти и речи.

Кроме того, открытие потенциально может повлиять на исследования нейродегенеративных заболеваний и расстройств развития.

Некоторые ученые уже предполагают, что нарушения процесса «обрезки» нейронных связей могут быть связаны с рядом когнитивных нарушений, включая аутистический спектр и шизофрению. В последние годы гипотеза о неправильном нейронном прунинге активно обсуждается в мировой нейробиологии.

Мозг как система возможностей

Новая работа фактически предлагает иной взгляд на развитие интеллекта.

Согласно классической модели, мозг постепенно «строит себя» по мере накопления опыта. Но теперь появляется альтернативная идея: природа изначально создает систему с избытком возможностей, а жизненный опыт лишь помогает отсеять лишнее.

То есть обучение может быть не столько строительством новых связей, сколько выбором наиболее эффективных из уже существующих.

Для современной нейронауки это принципиально важный поворот.

Исследователи подчеркивают: говорить о полном переносе результатов на человека пока рано. Однако сама концепция открывает новое направление в изучении памяти, обучения и раннего развития мозга.

И, возможно, в будущем именно понимание механизмов «нейронной обрезки» поможет ученым приблизиться к разгадке того, как формируется человеческое сознание.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что ученые выяснили, как мозг оценивает фигуру человека: ключевую роль играют бедра и ноги