Содержание
Свежее крупное исследование, проведённое на материалах большого нейровизуализационного проекта, дало неожиданно ясный ответ на старый и довольно неудобный вопрос: откуда берутся различия в работе мозга между людьми из разных популяций? Авторы построили многоуровневую модель, в которой связали воедино анатомию коры, повседневный опыт и даже паттерны экспрессии генов. И вывод получился такой: функциональные различия мозга обусловлены анатомией, образом жизни и влиянием окружающей среды — причём вклад каждого слоя можно отследить количественно, а не на уровне «вообще всё на всё влияет».
Ниже — о том, как это устроено, что показала свежая работа и что вокруг неё успели накопить другие команды. Постараюсь без академического занудства: тема интересная сама по себе, а её следствия выходят далеко за пределы нейронаук.
Анатомия задаёт основу работы мозга
Когда нейровизуализационные команды сравнивают функциональную топографию мозга — то есть то, как у разных людей выложены границы корковых сетей, — они видят довольно устойчивые межгрупповые отклонения. Но эти отклонения не висят в воздухе. Они строго ограничены физической анатомией: формой извилин, толщиной коры, кривизной, объёмом серого вещества.
Иными словами, если у двух людей различается «функциональная карта» мозга, эти различия укладываются в коридор, который заранее очерчен морфологией. Авторы упомянутой работы прямо показывают: макроскопическая функциональная вариативность глубоко укоренена в базовой структурной архитектуре. Можно сказать, анатомия — это партитура, а функция — её исполнение. Импровизация возможна, но в рамках того, что физически позволяет инструмент.
Тут стоит сделать одно уточнение. Сама анатомия — не «врождённая судьба». Толщина коры, объём серого вещества, поверхность — всё это тоже меняется с опытом и условиями жизни (об этом будет ниже). Так что разделение «анатомия vs. среда» — оно скорее аналитическое, чем биологическое.
Озонатор против тарантулов: неожиданное решение для вашего подвалаСенсомоторно-ассоциативная ось
Один из самых интересных результатов: различия между группами выстраиваются вдоль так называемой сенсомоторно-ассоциативной оси (S-A axis). Это иерархическая ось организации коры — она тянется от первичных сенсорных и моторных областей (зрительной, слуховой, соматомоторной) к трансмодальным ассоциативным зонам, отвечающим за абстрактное мышление, рефлексию, социальное познание.
Эта ось — не выдумка одной группы. Она прослеживается в эволюции коры, в её цитоархитектонике, в направлении прямых и обратных проекций, в созревании функциональных связей у детей и подростков. То есть один и тот же градиент проявляется на множестве уровней — от микроанатомии до поведения.
И вот ключевое: межпопуляционные функциональные различия распределены по этой оси неравномерно. Они особенно заметны там, где сама кора пластична, длительно созревает и зависит от опыта — в ассоциативных зонах. В первичных сенсомоторных областях, более жёстко детерминированных биологически, картина куда более однородная. По сути, чем выше регион стоит в корковой иерархии, тем больше пространства для того, чтобы образ жизни и среда оставили там свой след.
Влияние образа жизни на связи в мозге
Теперь к самой интересной части. Авторы применили моделирование структурными уравнениями — это статистический инструмент, который позволяет отделить прямые эффекты от опосредованных. И оказалось, что значительная часть наблюдаемых межгрупповых различий в функциональных связях мозга проходит через «фильтр» образа жизни.
Конкретно — самыми мощными медиаторами оказались уровень образования и употребление психоактивных веществ. Это не значит, что других факторов нет. Но эти два по силе вклада выделяются. Через них социальный опыт буквально «вшивается» в коннектом. Не метафорически — физически: меняются паттерны связей, изменяется баланс активности крупных сетей, перестраиваются хабы.
Здесь хорошо ложится известный факт: социально-экономический статус связан со структурой мозга десятками способов. У детей из семей с более низким доходом часто наблюдаются меньшая площадь корковой поверхности, более тонкая кора в лобных областях, измененный объём гиппокампа и миндалины. Уровень образования родителей коррелирует с толщиной коры в передней поясной и верхней лобной извилинах. А связь между миндалиной и префронтальной корой — то есть способность тормозить эмоциональную реактивность — выраженно зависит от условий жизни в детстве.
Влияние окружающей среды на мозг не ограничивается детством. Это важный момент: среда продолжает «работать» с мозгом и во взрослом возрасте — просто медленнее и в более узких коридорах.
Что такое дуоденальное зондирование: подготовка и алгоритмГде именно происходит перестройка
Когда исследователи смотрят, какие конкретно области реагируют на изменения образа жизни сильнее всего, картина получается довольно последовательной. Это так называемые топ-даун хабы контроля: островковая и префронтальная коры, а также передняя поясная извилина.
Передняя островковая кора — узловая структура «сети значимости». Она переключает мозг между сетью пассивного режима (думанье о себе, воспоминания, блуждание мыслей) и центральной исполнительной сетью (когда нужно сосредоточиться и действовать). По сути — это диспетчер, решающий, куда направить когнитивные ресурсы прямо сейчас.
Передняя поясная извилина — это область, которая отслеживает конфликты, ошибки и сигналы о необходимости контроля. Она связана с префронтальной корой плотными двусторонними связями и участвует в регуляции эмоций, мотивации, в принятии решений с учётом ценности.
А префронтальная кора — это, говоря по-простому, дирижёр сложного поведения. Она тормозит импульсы, удерживает информацию в рабочей памяти, переключает задачи, планирует.
Все три области объединяет одно: они длительно созревают (префронтальная — вплоть до позднего подросткового возраста и дальше), сильно зависят от опыта и очень чувствительны к хроническому стрессу. Поэтому именно здесь оседают эффекты образования, питания, употребления психоактивных веществ, социальной поддержки или её отсутствия. Образ жизни буквально модулирует их функциональные связи.
Роль генов в работе мозга
Когда говорят о генах и мозге, легко скатиться в биологический детерминизм. Авторы свежей работы как раз показывают, насколько он не оправдан. Они сопоставили карты функциональной вариативности с известными атласами корковой экспрессии генов. Получилась устойчивая пространственная корреляция: межгрупповые функциональные различия совпадают с распределением генов, связанных с синаптической сигнализацией и развитием нервной системы. Это гены, которые регулируют формирование, созревание и пластичность синапсов — то есть отвечают за то, насколько гибко мозг перестраивается под опыт.
И вот тут самое любопытное. Эти гены практически не пересекаются с теми наборами генов, которые отвечают за генетическое происхождение. То есть наблюдаемые макроскопические различия — это не следствие «врождённой расовой биологии». Это следствие того, как опыт и среда взаимодействуют с пластичными синаптическими механизмами, которые у всех людей в принципе одни и те же. Постнатальное окружение, говоря языком авторов, оказывается куда более значимым драйвером, чем чисто наследственный компонент.
Это, конечно, согласуется с независимыми наблюдениями. Большие исследования социально-экономического статуса и анатомии мозга на десятках тысяч человек показывают: даже после учёта генетических полигенных оценок (например, связанных с уровнем образования) средовые эффекты на мозг остаются значимыми и самостоятельными. Гены и среда — это не «или», а сложный мультипликативный союз.
Бани в Древней Руси: что люди знали о целебном свойстве парилкиПластичность во взрослом возрасте
Чтобы понять, как именно образ жизни лепит мозг, полезно посмотреть на параллельные исследования обогащённой среды (environmental enrichment). В классических экспериментах животных помещают в клетки с большим количеством стимулов — лабиринтов, объектов, социальных партнёров. Что происходит?
Если коротко — буквально за несколько недель меняется объём гиппокампа и сенсомоторной коры (видно на МРТ in vivo). Часть изменений регистрируется уже через сутки после смены среды. Усиливается нейрогенез, перестраиваются синаптические сети, меняется паттерн метилирования ДНК — то есть эпигенетика тоже подстраивается. Причём ряд этих изменений нацелен ровно на те гены, экспрессия которых обычно сбивается с возрастом.
У людей аналогом обогащённой среды служат разнообразные досуговые, когнитивные и физические активности. И тут картина похожая: у пожилых, ведущих более активную жизнь, лучше сохраняется объём гиппокампа, целостность белого вещества памяти-связанных трактов, меньше очагов в белом веществе. Это не магия — это та самая пластичность, на которую вытягивают синаптические гены, когда им дают достаточно сигнала извне.
Размышления
Хочется отдельно подчеркнуть один методологический момент. Когда нейробиологи раньше фиксировали межгрупповые различия в мозге, эти различия слишком часто трактовались как «биологически данные». Это создаёт почву для эссенциализма — представления, что у разных групп людей в принципе разный мозг «по природе».
Новый многоуровневый подход эту логику ломает. Анатомия задаёт коридор. Внутри коридора работает сенсомоторно-ассоциативная иерархия. Поверх неё через образ жизни и социальный контекст накапливаются различия. На микроуровне всё это опирается на синаптические гены, общие у всех людей. То, что выглядит как «различия между популяциями», при ближайшем рассмотрении распадается на цепочки причин, большинство звеньев которой — не врождённые, а накопленные.
Именно поэтому формула «функциональные различия мозга обусловлены анатомией, образом жизни и влиянием окружающей среды» — это не лозунг, а компактное описание трёх рабочих слоёв одной системы. Каждый из них поддаётся изучению. Каждый — потенциальная точка вмешательства. И каждый объясняет свою долю наблюдаемой картины.
