Развивающийся мозг – это не просто уменьшенная версия мозга взрослого, он уникально разработан, чтобы подготовиться к внешнему миру. У него есть структуры и функции, единственная роль которых заключается в создании основных цепей, необходимых для жизни после рождения, которые затем исчезают, как только они выполнили свой долг. Изучая преждевременно рожденных детей, мы знаем, что даже на этой самой ранней стадии мозг чрезвычайно активен, но это очень характерно для этого периода жизни.
Исследования на животных показали, что незрелые клетки головного мозга срабатывают сами по себе, как клетки кардиостимулятора в сердце. Запуск этих клеток чрезвычайно скоординирован, поэтому он может предоставить начальные инструкции по подключению и обслуживанию нейронных цепей мозга. Это фундаментальные начальные шаги, которые, если их прервать или нарушить, могут изменить весь процесс созревания мозга. Учитывая их важность, мы хотели изучить эти шаги у недоношенных новорожденных.
Всплески активности
Поскольку нейроны внутри мозга взаимодействуют друг с другом с помощью электрических сигналов, мы можем измерить эту активность как "мозговые волны" с помощью датчиков ЭЭГ (электроэнцефалографии), расположенных на голове. Некоторые из нас в Университетском колледже Лондона успешно использовали этот метод в течение последних 20 лет, чтобы изучить активность во время судорог и изучить, как мозг ребенка может обрабатывать прикосновения и боль еще до нормального рождения.
ЭЭГ также может использоваться для записи активности мозга недоношенного ребенка во время отдыха, и показала, что она состоит из огромных всплесков, которые обычно не наблюдаются в любое другое время. Но хотя мы давно знали о том, как выглядит активность на ЭЭГ и когда она происходит, мы никогда не знали, где именно в мозгу эта активность действительно происходит.
Ключом к решению этого вопроса было объединение записей ЭЭГ с функциональной магнитно-резонансной томографией (фМРТ). Когда нейроны в мозгу возбуждаются, им требуется топливо (кислород и глюкоза), которое доставляется в норму "активный" область через кровоток.
Используя фМРТ, можно точно измерить изменения уровней кислорода и кровотока по всему мозгу с точностью до нескольких миллиметров. Но это только в том временном масштабе, который позволяют сканер МРТ и относительно вялые изменения кровотока. Таким образом, комбинация ЭЭГ (которая может измерять быструю электрическую активность, но пытается ее определить) и фМРТ (которая измеряет ответную реакцию медленного кровотока, но может точно определить ее местонахождение) была идеальной для определения того, откуда происходят всплески активности изнутри. мозг недоношенного ребенка.
Открытие острова
Такого рода эксперименты раньше не проводились, и мы знали, что это будет чрезвычайно сложно, поэтому мы сотрудничали с командой из Королевского колледжа Лондона, которая имела большой опыт и знания в области методов фМРТ. Мы записали мозговую активность десяти недоношенных детей, когда они спали естественным образом, с помощью двух методов одновременно.
И первые данные нашего исследования, опубликованные в eLife, показали, где генерируются преждевременные мозговые волны.
У каждого ребенка были частые всплески активности в их ЭЭГ, и с помощью фМРТ мы смогли увидеть, что большинство из них исходили из спрятанной пирамидальной области мозга, называемой островком. Это островок коры ("островок" в переводе с латыни означает остров), который у взрослых выполняет очень разные роли, поскольку объединяет основную физическую информацию с эмоциональными, когнитивными и мотивационными сигналами.
В нашем исследовании мы показали, что эта конкретная область мозга, которой до сих пор уделялось мало внимания, также играет важную роль в генерации критической активности, которая формирует развивающийся мозг. Действительно, он растет быстрее, чем другие области мозга, и формирует связи с остальной частью мозга в течение последнего триместра беременности в утробе матери. Недоношенность ребенка и употребление рекреационных наркотиков во время беременности отрицательно сказываются на этой области мозга.
Уровень преждевременных родов растет во многих европейских странах, особенно в Великобритании, где количество детей, родившихся на сроке гестации 22-25 недель и поступивших в реанимацию, за последние годы увеличилось на 44%.
Эти младенцы с большей вероятностью выживут благодаря современным достижениям в области больничной помощи, но они подвержены большему риску проблем с нервным развитием. Это может быть связано с тем, что они родились слишком рано, и их мозг просто не готов, поскольку он все еще проходит те этапы развития, которые должны были произойти в защищенной среде матки. В результате мозг недоношенных более подвержен травмам, которые могут привести к инвалидности.
Поэтому чрезвычайно важно понять, как работает развивающийся мозг, чтобы заботиться об этой уязвимой группе населения. И наши результаты могут предложить новые захватывающие возможности для наблюдения за развитием мозга и его активности у недоношенных детей и новое понимание того, как ранняя травма в конечном итоге приводит к инвалидности.