Человеческий мозг имеет узор из складок и гребней на поверхности, которые служат ориентирами для поиска областей мозга. Функциональные сети, управляющие познанием, давно изучаются на людях путем сопоставления паттернов активации – программного обеспечения мозга – с оборудованием этих физических ориентиров.
Однако этот процесс предполагает, что функции мозга у каждого человека находятся на одних и тех же ориентирах. Это хорошо работает для многих простых систем мозга, например, двигательная система, контролирующая движение, обычно находится рядом с одной и той же конкретной складкой у каждого человека.
Однако многочисленные недавние исследования у взрослых показали, что это не относится к более сложным системам мозга, отвечающим за исполнительную функцию – совокупности психических процессов, включающих самоконтроль и внимание. В этих системах функциональные сети не всегда совпадают с физическими ориентирами мозга – складками и гребнями. Вместо этого у каждого взрослого есть свой собственный макет.
До сих пор было неизвестно, как такие индивидуальные сети могут измениться по мере взросления детей или связаны с исполнительной функцией.
«Захватывающая часть этой работы заключается в том, что теперь мы можем определять пространственное расположение этих функциональных сетей у отдельных детей, вместо того, чтобы смотреть на всех, используя один и тот же подход« один размер для всех »», – сказал старший автор Теодор Д. Саттертуэйт, доктор медицины, доцент кафедры психиатрии в Медицинской школе Перельмана Пенсильванского университета. «Как и взрослые, мы обнаружили, что функциональная нейроанатомия сильно различается у разных детей – у каждого ребенка есть уникальные особенности.
Также, как и у взрослых, сети, которые больше всего различаются между детьми, – это те же самые исполнительные сети, отвечающие за регулирование типов поведения, которые часто могут привести к тому, что подростки попадают в горячую воду, например принятие риска и импульсивность."
Чтобы изучить, как функциональные сети развиваются у детей и поддерживают управляющие функции, команда проанализировала большую выборку подростков и молодых людей (693 участника в возрасте от 8 до 23 лет).
Эти участники завершили 27-минутное сканирование с помощью фМРТ в рамках большого исследования Филадельфийской когорты нервного развития (PNC), которое финансировалось Национальным институтом психического здоровья. Методы машинного обучения, разработанные лабораторией Юн Фана, доктора философии, доцента радиологии в Пенсильвании и соавтора статьи, позволили команде отобразить 17 функциональных сетей у отдельных детей, вместо того, чтобы полагаться на среднее расположение этих сетей.
Затем исследователи изучили, как эти функциональные сети развивались в подростковом возрасте и были связаны с результатами набора когнитивных тестов. Команда обнаружила, что функциональная нейроанатомия этих сетей улучшалась с возрастом, и позволила исследователям с высокой степенью точности предсказать, сколько лет ребенку.
«Пространственное расположение этих сетей предсказывало, насколько хорошо дети справляются с исполнительными задачами», – сказал Зайсу Цуй, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Саттертуэйта и первый автор статьи. «Дети, у которых в коре головного мозга больше« пространства », посвященного сетям, отвечающим за исполнительную функцию, на самом деле лучше справлялись с этими сложными задачами."Напротив, у молодежи с более низкой исполнительной функцией меньше коры головного мозга было посвящено этим исполнительным сетям.
Взятые вместе, эти результаты предлагают новый взгляд на пластичность и разнообразие развития и подчеркивают потенциал для прогресса в персонализированной диагностике и терапии, говорят авторы.
«Полученные данные приводят нас к интересным вопросам, касающимся биологии развития того, как формируются эти сети, а также предлагают потенциал для персонализации нейромодулирующих методов лечения, таких как стимуляция мозга при депрессии или проблемах с вниманием», – сказал Саттертуэйт. "Как эти системы заложены в первую очередь? Можем ли мы получить лучший ответ для наших пациентов, если будем использовать нейромодуляцию, нацеленную на их собственные личные сети?? Сосредоточение внимания на уникальных особенностях мозга каждого человека может обеспечить важный путь вперед."