Мозг не «чистый лист»: ученые описали развитие нейронных связей с рождения

Представление о том, что мозг новорожденного является «чистым листом», не подтвердилось в новом исследовании. Работа, опубликованная в журнале Nature Communications, показала, что нейронные сети формируются в избыточном виде уже с раннего этапа развития и затем проходят этап упорядочивания.

Исследование выполнили нейробиологи из Австрийский институт науки и технологий (ISTA). Ученые наблюдали за развитием мозга мышей от рождения до взрослого состояния, уделяя внимание нейронным цепям гиппокампа — области, связанной с пространственной памятью и формированием долговременных воспоминаний.

Особое внимание было уделено сети пирамидальных нейронов в зоне CA3 гиппокампа. У новорожденных мышей эта структура оказалась плотной и слабо упорядоченной. По мере взросления животных наблюдалось постепенное сокращение избыточных связей и формирование более организованной нейронной сети.

По словам нейробиолога Питера Йонаса, полученные данные оказались неожиданными: вместо ожидаемого наращивания связей исследователи зафиксировали процесс их «обрезки». Сначала формируется избыточная сеть, а затем она оптимизируется за счет удаления лишних соединений.

Авторы работы предполагают, что такая организация может быть связана с особенностями обучения мозга. Наличие изначально плотной сети потенциально облегчает формирование необходимых нейронных связей, поскольку взаимодействие между клетками уже частично задано.

Для сравнения исследователи используют модель дорожной сети: наличие множества заранее проложенных маршрутов позволяет быстрее находить оптимальные пути, чем строительство дорог с нуля при каждом новом запросе.

В эксперименте измерялась электрическая активность и клеточные процессы у мышей на разных этапах развития — в раннем возрасте, в подростковый период и во взрослом состоянии. Результаты подтвердили постепенное упорядочивание первоначально избыточной нейронной сети гиппокампа.

Ученые связывают этот механизм с задачей интеграции информации от различных органов чувств. Гиппокамп обрабатывает данные зрения, слуха и обоняния, и начальная избыточность связей может облегчать последующую настройку этих процессов.

Остается открытым вопрос, в какой степени выявленный механизм характерен для человеческого мозга. Однако полученные данные уточняют представление о его развитии: речь идет не о «чистом листе», а о системе, которая сначала формирует избыточную структуру, а затем ее оптимизирует.