Исследование показало, что мозг при рождении не является чистым листом

Недавнее исследование, проведенное нейробиологами и опубликованное в журнале Nature Communications, продемонстрировало, что человеческий мозг не является tabula rasa при рождении. Напротив, нейронная сеть мозга изначально характеризуется высокой степенью структурной хаотичности и функциональной избыточности, которые со временем оптимизируются через сложные процессы селективного синаптического прунинга и ремоделирования.

Австрийский институт науки и технологий (ISTA) осуществил комплексное исследование развития мозга мышей на различных этапах их постнатального онтогенеза, от рождения до зрелости. Основное внимание было уделено ключевой цепи памяти в области CA3 гиппокампа, которая играет центральную роль в формировании пространственной памяти и консолидации краткосрочных воспоминаний в долгосрочные.

У новорожденных мышей нейронная сеть в области CA3 гиппокампа демонстрирует высокую плотность и хаотичность синаптических контактов. С течением времени эта сеть претерпевает значительные структурные и функциональные трансформации, становясь более упорядоченной и специализированной.

Профессор Питер Йонас из ISTA отметил, что полученные результаты превзошли его ожидания. Хотя он предполагал увеличение количества нейронов в процессе развития, он обнаружил, что ключевым механизмом оптимизации нейронной сети является селективное удаление избыточных синапсов. Этот процесс способствует повышению функциональной эффективности нейронной сети и ускорению процессов обучения.

Механизмы, лежащие в основе этого феномена, представляют собой предмет активных исследований. Предполагается, что уже сформированная, но избыточная нейронная сеть облегчает образование новых синаптических связей и ускоряет процессы интеграции новой информации. Этот процесс можно сравнить с эволюцией транспортной инфраструктуры: готовая, но избыточная сеть позволяет быстро и эффективно достигать целей, выбирая оптимальные маршруты, в то время как создание новой сети с нуля требует значительно больше времени и ресурсов.

Исследовательская группа провела измерения электрической активности и морфологических характеристик нейронов у мышей трех возрастных категорий: 7–8 дней, 18–25 дней и 45–50 дней. В результате было установлено, что хаотичная и плотная нейронная сеть гиппокампа претерпевает значительные структурные изменения, становясь более упорядоченной и специализированной с течением времени.

Ученые предполагают, что этот механизм связан с ключевой функцией гиппокампа в обработке и интеграции информации, поступающей от сенсорных систем. Высокая плотность и хаотичность начальных синаптических контактов могут представлять собой адаптивный механизм, позволяющий нейронам эффективно интегрировать и обрабатывать большие объемы сенсорной информации.

На данный момент не установлено, действуют ли аналогичные механизмы на уровне нейронной сети человеческого мозга. Однако полученные данные позволяют рассматривать мозг не просто как пластичную структуру, поддающуюся значительным изменениям под воздействием внешних факторов, но и как сложную, самоорганизующуюся нейронную сеть, которая формируется в процессе развития через селективное удаление избыточных элементов и оптимизацию функциональных связей, пишет progorodsamara.ru.