Образ на мозъка на нарастващата мозъчна енциклопедия за ранното детско развитие
Тази тема ви предлага по-добро разбиране на развитието на мозъка през детството, неговите структури, неговото съзряване и неговата основна роля във всички сфери на живота на малките деца, от техните емоции до тяхното учене чрез поведението им.
Изобразяване на мозъка, докато расте
Томаш Паус, д-р, доктор.
Университет в Торонто, Канада
Кога мозъкът ни спира да расте? Да отговоря просто: никога.
Разбира се, най-зрелищният растеж се случва в утробата. За краткия период от девет месеца първоначалната "майчина" клетка произвежда над 100 милиарда нервни клетки и мозък с тегло около 400 грама, когато детето се роди. Докато детето се учи да ходи и говори, мозъкът му продължава да расте, за да достигне 1200 грама около четиригодишна възраст, което е само с около 200 грама по-малко от мозъка на детето. Но това не спира дотук.
Неговият растеж продължава през следващите 10 до 15 години, докато детето стане млад възрастен: този растеж сега засяга различни области на мозъка по малко по-различен начин. Например дебелината на различните региони на мозъчната кора се променя с различна скорост между 15 и 18 години, като областите, важни за разсъждения, планиране и социална комуникация, се развиват последни. Бялото вещество, съдържащо пътищата, които свързват различни области на мозъка, също продължава да узрява през този период. При момчетата обемът на бялото вещество се увеличава рязко през юношеството, вероятно под въздействието на нарастващите нива на тестостерон, полов хормон. При момичетата промените в бялото вещество изглеждат по-фини и могат да отразяват процес, наречен миелинизация, при който аксоните се покриват с допълнителни слоеве мастно вещество, наречено миелин, което им позволява да провеждат по-бързо нервните импулси.
Какво се случва след това? Спира ли мозъкът на възрастен човек да расте? Не точно.
Изглежда, че опитът продължава да формира мозъка ни дори в ранните ни двадесет години. Например, когато се опитваме да се научим да жонглираме с три топки и да тренираме всеки ден в продължение на два месеца, частите на мозъчната кора, които следват движещите се топки, стават по-големи. Не знаем кои клетки растат, но е вероятно цялата допълнителна дейност, която се извършва в тази област, специализирана в преследването на визуални стимули, да предизвика каскада от събития, водещи до структурни промени в тази област. Това обаче не е постоянно - когато спрете да жонглирате, тези промени изчезват след два месеца.
И накрая, какво ще кажете за „застаряващия“ мозък? Расте ли или се свива?
Изглежда, че зависи от наблюдаваната област на мозъка и кой притежава наблюдавания мозък. Например, по-възрастните професионални музиканти, които свирят в оркестър, могат да придобият сиво вещество или поне със сигурност да не го загубят в областта на кората, многократно стресирана по време на работата по четене на нотни листове. Това наблюдение предполага, че структурата на мозъка остава пластична и възприемчива към преживяването дори в напреднала възраст.
ЯМР: Основи
За да се визуализира структурата на мозъка, най-използваните последователности за придобиване са претеглените изображения T1 и T2, изображенията на дифузионния тензор и изображенията за пренос на магнетизация. Т1- и Т2-претеглените изображения обикновено се използват за количествено определяне на общия и регионален обем на сивото и бялото вещество и за оценка на дебелината или други морфологични свойства на кората, като нейното набръчкване. Използвайки дифузионно тензорно изображение и образец с трансфер на намагнитване, е възможно да се оценят различни свойства на бялото вещество, както в световен мащаб, така и локално. Различните характеристики на мозъчната структура, които могат да бъдат извлечени от тези четири типа изображения, са описани по-долу. В допълнение към тези последователности на придобиване има и други, които са по-рядко срещани, но често дори по-информативни: релактометрия Т1 и Т2 (т.е. измерване на действителните времена на релаксация) 2 и спектроскопия чрез магнитен резонанс (SRM). 2
За да се визуализира функционирането на мозъка, най-често измерваният параметър на магнитния резонанс е сигналът, зависим от скоростта на оксигенация на кръвта (BOLD сигнал за „сигнал, зависим от нивото на кислород в кръвта“). Силният сигнал отразява съотношението на кислородната и деоксигенираната кръв в дадена област на мозъка в даден момент. Силната корелация между притока на кръв в дадена област на мозъка и нивото на синаптична активност в тази област обяснява защо СИЛИЯТ сигнал е добра, макар и индиректна мярка за „функциониране“ на мозъка. 3 В по-голямата част от функционалните изследвания на ЯМР (fMRI) промените в BOLD сигнала се измерват в отговор на различни сензорни, двигателни или когнитивни стимули. Следователно е възможно само да се изследват областите на мозъка, които е вероятно да реагират на такива стимули, използвайки дадена парадигма.
Структурна ЯМР: Измерване на мозъчния растеж
Както посочих по-горе, различните последователности на събиране улавят различни свойства на сивото и бялото вещество и в замяна осигуряват голямо количество информация, която може да бъде извлечена от изображения с помощта на безкраен вентилатор, нарастващ брой изчислителни алгоритми. Сега ви представям общ преглед на техниките, най-често използвани в проучванията за развитие.
Компютърен анализ на структурни MR изображения на мозъка с висока разделителна способност (обикновено претеглени изображения T1 и T2) се използва за пълно автоматично извличане на два вида измервания: (1) Характеристики на мащаб на Voxel или вертекс (напр. Сиви и бели карти „плътност“, кора дебелина и сгъване), получени за всяко местоположение X, Y и Z (триизмерно); и (2) обемни измервания (обеми на сиво или бяло вещество в определени области на мозъка или повърхността на специфични мозъчни структури и др.).