Текст книги "Мозг в стадии разработки. Потрясающие факты об умственном развитии от зачатия до взросления"

1.4. Влияние музыки на развитие плода

Я родилась в музыкальной семье и поэтому могу относиться предвзято, но, по моему мнению, ни один ребенок не должен расти без музыки. Поэтому я сама немного экспериментировала во время беременности. Этому нет научных доказательств, я лишь опираюсь на собственный эксперимент с участием двух испытуемых. Другими словами, я использовала обоих своих детей в качестве подопытных кроликов. Однажды во время беременности старшим сыном Кристианом я решила прикладывать к животу наушники и каждый день по нескольку раз в день слушать песню Three Little Birds Боба Марли. Так я продолжала делать до самого его рождения. Кристиан был самым спокойным ребенком на свете, но в тех редких случаях, когда у него портилось настроение, его всегда успокаивала одна песня – Three Little Birds. Едва услышав ее, он поворачивал голову в сторону источника музыки, его лицо сияло от радости, расплывшись в улыбке от уха до уха. Это открытие показалось мне настолько интересным, что я решила повторить эксперимент во время второй беременности. В этот раз я была чуть менее предана делу и надевала наушники не каждый день, но поездки на автомобиле в этот период были веселее, если мы слушали пару песен. Сначала я думала, что этот эксперимент провалился, потому что младший сын, Макс, как мне казалось, не реагировал на большинство песен. Но однажды, когда он был очень расстроен, я включила песню, которую до этого еще не пробовала, он вдруг затих и расслабился всем телом. И так получилось, что Fix You группы Naturally 7 (кавер-версия песни Coldplay) стала «его» песней.

Я попыталась найти статьи, которые могли бы дать этому объяснение, но, насколько я поняла, о связи между музыкой, которую вы слушаете во время беременности, и использованием этих песен для успокоения ребенка ничего не известно. Возможно, дети вспоминают те времена, когда они впервые услышали эти песни, находясь в утробе матери, где они чувствовали себя в полной безопасности. Звучит логично, но я не смогла найти этому никаких доказательств. Однако есть и другие исследования о влиянии музыки на еще не родившихся детей. Корейские исследователи, например, изучали влияние музыки и «шума» на развитие мозга крысиных эмбрионов. Половина группы беременных крыс ежедневно в течение часа подвергалась воздействию успокаивающей музыки громкостью 65 децибел. Другая половина подвергалась воздействию шума громкостью 95 децибел каждый день в течение часа (да, это довольно печально, но скоро станет и того хуже). После рождения крысят оставляли с матерями до 21-го дня жизни, а затем их тела вскрывали и препарировали мозг (вот что я имела в виду). Это исследование показало, что воздействие музыки привело к усилению нейрогенеза в определенных областях мозга крысят. Нейрогенез – это процесс производства клеток мозга, один из самых важных для нормального развития плода. Таким образом, усиление нейрогенеза означает, что в мозге производится больше клеток, а это логичным образом положительно сказывается на его последующем функционировании. Воздействие шума, напротив, приводило к снижению нейрогенеза. Таким образом, это исследование позволяет предположить, что воздействие музыки может оказывать положительное влияние на развитие мозга. Естественно, у крыс. Результаты исследований на животных не всегда можно один в один переносить на людей, поэтому я с некоторой осторожностью отношусь к слишком категоричным выводам. Влияние музыки на развитие ребенка также изучалось на беременных женщинах. Конечно, методы в этот раз несколько отличались от вышеупомянутого эксперимента. Так, например, одну группу женщин просили слушать определенную музыкальную запись (в наушниках) в течение часа каждый день, а контрольную группу подвергали воздействию шума в 95 децибел, но не каждый день. Кроме того, младенцев не приносили в жертву во имя науки на 21-й день жизни. Это обнадеживает, но при этом означает, что выводы получаются несколько слабее. После рождения детей проверяли с помощью специальной шкалы, которая измеряет степень «адекватности поведения» новорожденных детей при взаимодействии с окружающим миром. Дети матерей, которые слушали музыку каждый день, показали значительно более высокие результаты, чем дети из контрольной группы. Однако на основании этого мы не можем сделать никаких выводов о развитии мозга, поскольку мозг этих младенцев не был обследован. Вариации в поведении не связаны напрямую с вариациями в мозге. Также трудно установить прямую связь с долгосрочным развитием, поскольку каждый ребенок развивается в своем собственном темпе. Возможно, малыши, которые показали результаты, отличные от ожидаемых, на следующий день могли справиться лучше. Думаю, можно с уверенностью рекомендовать женщинам во время беременности слушать приятную музыку, будь то классика, рок или Боб Марли. Это пойдет на пользу как матери, так и ребенку. Приятная музыка расслабляет, а если мама расслаблена, то ребенку от этого будет только лучше.

Интересные факты: эффект Моцарта

Одним из самых известных терминов в контексте влияния музыки на развитие детей является так называемый эффект Моцарта. Так называемый, потому что его существование так и не было доказано, однако это хороший пример того, как СМИ (а впоследствии и общество) могут перевернуть результаты исследований. В 1993 году ряд ученых провели исследование о том, как прослушивание классической музыки сказывается на результатах экзаменов в группе студентов. Группу разделили на три части: одна слушала сонату Моцарта, другая выполняла упражнения на расслабление, а третью попросили посидеть в тишине.

Затем все студенты прошли тест на способность к абстрактному мышлению. Студенты из группы, которая слушала сонату Моцарта, продемонстрировали более высокие результаты, чем представители других групп. Это и назвали эффектом Моцарта. Исследователи отметили, что этот эффект был временным (длился он всего четверть часа) и касался улучшения одного очень специфического навыка, а не интеллекта в целом. Но такие нюансы мешают писать сочные заголовки, поэтому со временем сложилось представление, что прослушивание классической музыки делает человека умнее, и каким-то образом это вдруг подтвердилось и в случае с нерожденными детьми. С 1993 года было проведено бесчисленное количество исследований в попытке воспроизвести этот эффект, но результаты оказались весьма противоречивыми. Одни подтверждают существование эффекта, другие – опровергают, третьи отмечают, что он проявляется лишь в очень специфических обстоятельствах. В любом случае это прекрасный пример того, как малозначительный результат исследования начинает жить собственной жизнью.

1.5. Как развивается мозг?

Как мы проходим путь от яйцеклетки и сперматозоида до целого организма с мозгом из 100 миллиардов клеток? Этот увлекательный процесс начинается через две недели после зачатия. Прежде всего формируется нервная пластинка. Из нее в конечном итоге развиваются головной и спинной мозг. Увеличившись до достаточного размера, нервная пластинка складывается – и в результате образует структуру под названием «нервная трубка». Эта трубка закрывается примерно на шестой или седьмой неделе. Затем она превращается в нечто похожее на антистресс-игрушку «капитошка» с мукой или мелом внутри, до тех пор пока не сформируются три части: передний, средний и задний мозг.

В области развития исполнительных функций мозга было проведено много исследований. Они проводились в лабораторных условиях, поэтому их нельзя в полной мере применять к реальной жизни, однако они позволяют сделать ряд важных выводов. Из результатов исследований понятно, что за исполнительные функции отвечает преимущественно лобная доля. И все же исполнительные функции, по причине своей масштабности и всеобъемлющего характера, опираются и на другие области мозга. Чаще всего в разговоре об этих навыках упоминаются три лобные области:

Дорсолатеральная префронтальная кора

В целом эта область отвечает за обработку информации «в онлайн-режиме». Таким образом, речь идет об информации, над которой вы работаете в данный момент. Следовательно, эта область участвует в процессе торможения (убеждается, что вы подавляете неоптимальное в данный момент поведение), а также в функционировании рабочей памяти (помнит, какое поведение нужно в каждый конкретный момент) и когнитивной гибкости (переключается с одного поведения на другое, когда того требует ситуация).

Формирование нервной трубки из нервной пластинки

Передняя поясная кора

Эта область связана среди прочего с концентрацией внимания, подавлением неправильных действий, контролем собственной работы и умением замечать ошибки. Она, например, поддерживает процесс торможения (через подавление неправильных действий) и когнитивную гибкость (через контроль производительности, замечание ошибок и, соответственно, изменившихся обстоятельств).

Орбитофронтальная кора

Функцию этой области мозга трудно определить, поскольку в исследованиях обнаруживается множество противоречивых результатов. Главная задача, которую приписывают орбитофронтальной коре, состоит в определении возможных последствий наших действий. Таким образом, эта область помогает нам предсказать возможные события, чтобы мы могли скорректировать свое поведение соответствующим образом. Кроме того, она помогает подавлять импульсы и контролировать поведение. Эти функции взаимосвязаны с процессом торможения, а также с рабочей памятью и когнитивной гибкостью.

Прямо за задней частью головного мозга находится область, которая в конечном итоге сформирует спинной мозг. Также на этой стадии развивается шишковидная железа, эпифиз. О ее функционировании все еще не так много известно, несмотря на то что об этой интересной области ученые размышляли на протяжении тысяч лет. Впервые она была описана греческим анатомом Герофилом Халкидонским. Он назвал эпифиз «клапаном, который регулирует поток воспоминаний». Французский философ Декарт считал шишковидную железу «вместилищем души». На протяжении многих лет появлялись и другие метафизические описания. По современным представлениям, этот орган после рождения человека начинает вырабатывать гормон мелатонин. Этот гормон очень важен, так как отвечает за регулирование ритма сна и бодрствования. Во внутриутробном периоде железа еще не вырабатывает достаточно мелатонина, но играет важную роль в здоровом развитии плода. В дополнение к шишковидной железе на этом этапе развивается сосудистое сплетение (лат. plexus choroideus), которое отвечает за производство спинномозговой жидкости и выполняет важную защитную функцию. Сосудистое сплетение играет роль барьера, препятствуя поступлению вредных веществ из крови в мозг и отвечая за выведение продуктов метаболизма из мозга в кровь. Это очень важно на ранней стадии развития, когда плод особенно уязвим.

Примерно на третьем месяце беременности кора – внешняя часть мозга – начинает «морщиниться», образуя складки и формируя доли. Причина, по которой кора головного мозга имеет складчатую структуру, довольно проста: складки позволяют уместить гораздо большую площадь поверхности в ограниченном пространстве черепной коробки, чтобы череп при этом не увеличился до размеров воздушного шара (ведь рожать человека с огромной головой было бы очень сложно). Примерно на четвертом месяце развивается особенно глубокая складка, разделяющая мозг на два полушария. Кроме того, в это же время зарождается мозжечок. На снимках мозга он выглядит как маленький шарик, который словно застрял под корой головного мозга. После рождения эта область отвечает за то, как мы двигаемся: контролирует осанку, координацию и равновесие. Начиная с четвертого месяца продолжают формироваться доли мозга, в результате чего примерно на шестом месяце образуются полностью сформированные лобная, височная, теменная и затылочная доли. Между седьмым и девятым месяцами добавляется мозолистое тело (лат. corpus callosum) – пучок нейронных связей, соединяющий левое и правое полушария.

Развитие мозга ребенка, естественно, происходит параллельно с развитием всех видов поведения. Поведение плода характеризуется непроизвольными движениями, которые зависят от степени развития центральной нервной системы (частью которой является головной мозг). Или, если смотреть с другой стороны, характер движений плода показывает, на какой стадии развития в данный момент находится его центральная нервная система.

Первые шевеления происходят примерно на восьмой неделе беременности. За этими движениями еще не скрывается никаких намерений. С девятой недели движения плода постепенно становятся более скоординированными. Они все еще не имеют совершенно никакой цели, потому что для выполнения целенаправленных движений требуется участие мозга. На данном этапе мозг еще недостаточно развит для того, чтобы справиться с этой задачей. Примерно на 12-й неделе плод учится шевелить пальцами рук и ног. С 14-й недели движения становятся более четко организованными, плод начинает исследовать окружающую среду и разминать ножки. Между 26-й и 32-й неделями плод начинает двигать руками, ногами, пальцами рук и ног во всех направлениях. С 34-й недели можно наблюдать, как плод двигает губами в определенном ритме и с определенной частотой. Считается, что это является основой для дальнейшего развития речевой моторики. Это происходит в основном в те моменты, когда ребенок отдыхает. На последней стадии беременности, начиная с 37-й недели, количество движений уменьшается, и становится возможным провести четкое различие между тем, когда плод очень активен и когда он отдыхает.

1.6. Увидеть аномалии в развитии детского мозга

С тех пор как я защитила докторскую диссертацию по исследованию мозга людей с аутизмом, меня часто спрашивают, можно ли диагностировать такие расстройства, как аутизм, СДВГ или шизофрения, на основании результатов МРТ. Люди хотят знать, можно ли это увидеть на изображении мозга. Ответ: нет, нельзя. Аномалии, которые видны на снимках мозга детей, страдающих этими расстройствами, слишком сильно похожи друг на друга. Например, ряд различий между детьми с аутизмом и без него мы наблюдаем и у детей с СДВГ и без него. Это делает невозможным постановку диагноза на основании МРТ-сканирования. В последней части этой главы я расскажу о том, как мы можем (и не можем) с помощью функциональной МРТ (фМРТ) узнавать чуть больше о здоровом или, наоборот, аномальном развитии мозга ребенка.

Большая часть первоначальных знаний о внутриутробном развитии мозга получена в результате изучения мозга погибших младенцев и в ходе экспериментов на животных, но это мало что говорит о развитии мозга с течением времени. В 1950-х годах для изучения этого процесса впервые были использованы электроды, которые прикладывали к животу беременных женщин. В результате выяснилось, что определенные формы активности могут быть связаны с неврологическими отклонениями. Это был первый шаг к изучению мозговой активности у еще не родившихся детей. Появление таких методов, как МРТ (магнитно-резонансная томография), позволило составить подробную карту мозга. Функциональная МРТ отличается от обычной тем, что отображает не только то, как выглядит мозг, но и то, какие участки мозга активны во время выполнения определенных заданий. Объяснение заключается в том, что активные участки мозга нуждаются в большем количестве крови, насыщенной кислородом, поскольку она также является источником питательных веществ. Другими словами, с помощью фМРТ можно определить, куда в тот или иной момент поступает большая часть насыщенной кислородом крови (например, когда человек, находясь в томографе, выполняет определенную задачу). Затем эти области можно визуализировать в виде, который вы наверняка встречали в научно-популярной литературе: в виде оранжево-красных пятен на изображении мозга, прошедшего сканирование. В середине 90-х годов была представлена новая многообещающая технология – фМРТ в состоянии покоя (англ. resting-state fMRI).

Эта технология основана на том же принципе, что и обычная фМРТ, за исключением того, что она исследует активность мозга не при выполнении задачи, а в состоянии покоя. С помощью фМРТ в состоянии покоя мы можем изучить, как функционируют сети нейронных связей в мозге. Благодаря этому способу визуализации можно получить важные сведения о том, что происходит в процессе развития мозга, когда возникает аномалия или расстройство, поскольку современная наука знает, что болезни развития являются результатом сбоя в формировании одновременно нескольких областей и связей между ними. Другими словами: СДВГ и расстройства аутического спектра возникают не из-за аномального развития какого-то одного участка, но затрагивается целая сеть связей. С помощью фМРТ покоя ученые могут исследовать такие сети в мозге недоношенных детей. Мы знаем, что у недоношенных детей повышенный риск развития расстройств аутического спектра, СДВГ и неврологических проблем. Это может быть связано с тем, что преждевременные роды нарушают развитие нейронных сетей. Изучая их с помощью фМРТ покоя, исследователи обнаружили, что большинство функционирующих сетей, встречающихся в мозге взрослого человека, были видны уже на 26-й неделе. Поэтому «оборудование», способное «заглянуть в мозг», в принципе уже существует, хотя и в недостаточно развитой форме.

Единственная проблема заключается в том, что мы до сих пор не знаем, влияют ли на развитие этих сетей преждевременные роды или нет, потому что неизвестно, как они выглядят у детей, которые рождаются доношенными. Другими словами, нейронные сети недостаточно развиты, потому что дети родились недоношенными или потому что они всегда так выглядят на данном этапе развития? Эта проблема относится ко всем исследованиям в области недоношенности. Аномалии в развитии этих детей могут быть следствием самих преждевременных родов, а также того невероятно напряженного и чрезвычайно важного периода, который обычно наступает после беременности. Однако не исключено, что аномальное развитие начиналось еще до рождения, что и вызывало преждевременные роды. В первом случае недоношенность является причиной проблем, во втором – симптомом.

Для того чтобы определить, на каком этапе и какое именно вмешательство принесет наибольший эффект, конечно, необходимо прийти к окончательному выводу. Исследователи желают знать, какая фаза является наиболее уязвимой – до или после рождения. Возможно, с помощью фМРТ мы сможем ответить на этот вопрос в будущем. Первые шаги уже сделаны. В 2017 году исследователи из США провели фМРТ группе нерожденных детей. Это намного сложнее, чем кажется, потому что еще не родившегося ребенка нельзя попросить лежать спокойно. Однако это необходимо, поскольку движение во время сканирования фМРТ приводит к получению размытых изображений, которые невозможно интерпретировать (сравнимо с фотографией в движении). Некоторые из этих детей в итоге родились недоношенными, что позволило сравнить снимки этой группы (в ретроспективе) со снимками тех детей, которые родились в срок. Для ясности отмечу: проведение сканирования не имеет никакого отношения к преждевременным родам. Функциональная МРТ – абсолютно безопасный метод, в котором не используется вредное излучение. Исследователи провели сканирование группы женщин с высоким риском преждевременных родов и сравнили их со снимками женщин с нормальным течением беременности. В конечном счете группа была весьма небольшой, поэтому результаты следует интерпретировать очень осторожно, но исследование предполагает, что между доношенными и недоношенными детьми наблюдается разница в формировании нейронных сетей еще до рождения.

Важно понимать, что рассказанное выше не означает, что у всех недоношенных детей обязательно будут проблемы в развитии. Действительно, вероятность нарушения когнитивного и эмоционального развития у них выше, но это происходит не в 100 % случаев. Отчасти это связано с наличием или отсутствием определенных генетических нарушений. Если у человека имеется генетическая предрасположенность к определенному расстройству, это значит, что он обладает генетическими характеристиками, которые, насколько нам известно, повышают риск развития этого расстройства. Например, мы знаем, что определенные гены повышают риск развития аутизма. Если ребенок рождается раньше срока и в его генетическом профиле есть предпосылки к аутизму, то существует большая вероятность того, что этот ребенок впоследствии будет страдать от аутизма. Если тот же ребенок родится недоношенным, но не будет обладателем ни одного из вариантов тех генов, которые связаны с аутизмом, вероятность развития этого расстройства будет значительно меньше. Подчеркну, что такие расстройства, как аутизм и СДВГ, невозможно предсказать на 100 % на основании исследований генетического профиля, мозга и чего-либо еще. Они возникают в результате сложного сочетания генетических и экологических факторов. Факторы окружающей среды оказывают двойное влияние. Если женщина курит во время беременности, велика вероятность, что она продолжит курить и после беременности. Если беременная женщина подвергается воздействию свинца в высоких концентрациях, ребенок, скорее всего, будет подвергаться тому же воздействию и после рождения. Таким образом, подобные факторы окружающей среды влияют как на пренатальное, так и на постнатальное развитие. Но есть и положительная сторона. Если ребенок рождается недоношенным, но растет в благоприятной, теплой среде, это может стимулировать развитие мозга самым положительным образом. Кроме того, на пользу пойдут такие вещи, как здоровое питание, прием фолиевой кислоты и витамина D, достаточная физическая активность и здоровое отношение к стрессовым ситуациям во время беременности. Возможно, все это очевидно, но реальность такова, что мы не знаем точно, какая комбинация факторов приводит к тем или иным результатам. Я часто слышу, как женщины говорят: «Один бокальчик вина не навредит» или: «Раньше все беременные курили, и с нами все в порядке». Все это так. Но дело в том, что невозможно предсказать, с какими еще генетическими и экологическими факторами придется столкнуться ребенку, кроме упомянутого «единственного» небольшого бокала вина или сигареты.