Что значит функциональное развитие

PsyAndNeuro.ru

Структурное и функциональное развитие мозга

Период от рождения и до 2 лет является очень важным возрастом, во время которого устанавливаются поведенческие паттерны и когнитивные возможности ребёнка. В это время увеличиваются в размерах корковые нейроны, с большой скоростью растёт число синапсов, во много раз возрастает количество олигодендроглиоцитов. Вместе с этим, в это же время возможно проявление «индикаторов» риска для развития таких психических расстройств, как аутизм и шизофрения. Не смотря на всё важность данного периода в онтогенезе, мы мало, что знаем о нём.

В марте 2018 года в журнале Nature была опубликована статья американских исследователей John H. Gilmore, Rebecca C. Knickmeyer, Wei Gao о развитии головного мозга у детей в период с рождения и до 2 лет, в которой они при помощи анализа описательных исследований проследили его структурные и функциональные изменения, их роль в развитии психических расстройств, а также попытались установить возможные признаки будущих отклонений в нервно-психической сфере.

Структурное развитие головного мозга

Все наши знания о строении головного мозга базируются на множестве посмертных исследований, которые в большинстве случаев ограничены поперечным дизайном. Согласно данным работам, объём головного мозга ребёнка в возрасте 2 – 3 недель составляет около 35% от объёма головного мозга взрослого. К концу второго года жизни данная цифра увеличивается до 80%. После этого рост головного мозга становится более равномерным.

Нейроонтогенез человека на клеточном уровне

Сразу же после рождения значительно увеличиваются объёмы серого и белого веществ. Но, в отличие от белого, которое растёт постепенно и практически до 30 лет, серое вещество увеличивается быстрее и замедляет свой рост уже к подростковому возрасту.

Корковый слой достигает пика своего роста к 1 – 2 годам, а затем его рост прекращается. Особенно быстро растут извилина Гешля, Роландова борозда, передняя центральная извилина. Площадь поверхности мозга расширяется вплоть до 8 – 12 лет. Её рост также гетерогенен по областям: кора латеральной лобной, латеральной теменной и затылочной долей мозга развиваются быстрее, чем орбитальная часть лобной доли и центральная доля. В целом рисунок извилин головного мозга, примерно, одинаков как у новорожденных, так и у взрослых.

Структурное развитие мозга в раннем детстве: созревание миелина

Мозолистое тело, нижний и верхний продольные пучки есть у детей уже при рождении. Это говорит о том, что большая часть «проводящего» мозга формируется ещё в пренатальный период.

С рождения начинается миелинизация нервных волокон, распространяясь с мозжечка, моста и внутренней капсулы и продолжаясь от валика мозолистого тела, зрительных путей до затылочных, теменных долей и передней части лобной и височной долей.

Оценочные траектории структурных параметров головного мозга в течение развитии. FA – фракционная анизотропия

Нервные сети

Не меньший интерес представляет развитие нервных сетей, так как их структурные и функциональные нарушения ведут к различным нервно-психическим заболеваниям. Согласно множеству исследований, нервные центры появляются ещё до рождения. Это показано путём проведения МРТ недоношенным детям в сравнении с обследованиями здоровых детей. Первыми появляются сенсомоторные, зрительные и слуховые центры. Они располагаются в тех же зонах мозга, что и у взрослых.

Языковой центр у взрослых располагается более латерально и окружён нижней лобной и верхней височной извилинами. Иерархия областей головного мозга также закладывается с рождения.

Влияние пола, наследственности и социальной среды

В настоящее время имеются исследования, указывающие на то, что разница в структуре и функциональной активности головного мозга, зависящая от пола, имеется с рождения. Например, при рождении мозг мужчин на 6% больше, чем у женщин. Медиальная часть височной доли коры головного мозга и Роландова борозда также больше у мужчин, в то время как у женщин преобладают моторные и зрительный центры. Мозг мужчин увеличивается более быстро, чем у женщин. После двухлетнего возраста процесс гирификации более выражен у мужчин (но не в период от 0 до года). Нервные волокна некоторых мозговых структур быстрее подвергаются миелинизации у женщин, чем у мужчин (например, мозолистое тело). В раннем возрасте нервные сети примерно одинаковы у обоих полов. Но затем в процессе развития связи между амигдалой и средней височной извилиной, постцентральной извилиной и гиппокампом сильнее у женщин. У мужчин в свою очередь преобладают связи между амигдалой и зонами, ответственными за страх. Все эти различия способствуют последующей дифференциации в выработке гормонов, в поведенческих паттернах.

Изучая головной мозг со стороны его структурных особенностей в зависимости от пола, мы можем приблизится к пониманию половых особенностей психических расстройтв. Как и пол, наследственность также играет роль в общем объёме мозговой ткани, развитии корковых структур, распределении серого и белого веществ. Некоторые исследования отмечают генетические влияния на структуру и функциональные особенности головного мозга. Особенно обращают на себя внимания гены, контролирующие процесс транскрипции, регуляторы хроматина, РНК-связывающий белок.

Есть исследования, доказывающие, что социо-экономические факторы играют не последнюю роль в структурном развитии головного мозга. Мозг детей, чьи семьи имеют небольшой доход, подвергающихся родительской депривации, имеет меньший объём серого вещества в коре, гиппокампе, амигдале. При этом различий в белом веществе не обнаруживается. С возрастом влияние социо-экономических факторов становится ещё заметнее.

Также обнаружено влияние стресса, депрессии и тревоги матери во время беременности на последующее развитие мозга её ребёнка. В частности, повышенный уровень кортизола у матери коррелирует с большим размером амигдалы у семилетних девочек.

Депрессия матери, вероятно, приводит к уменьшению коркового слоя у ребёнка. У детей, чьи матери испытывали тревогу во время беременности, в период с рождения до полугода рост гиппокампа происходит медленнее. Существуют исследования, подтверждающие влияние алкоголя и наркотических веществ на развитие головного мозга. Так, приём кокаина во время беременности ведёт к нарушению связи между амигдалой и срединной префронтальной корой, между таламусом и фронтальной корой.

Предикторы риска нервно-психических заболеваний

Некоторые исследования ещё в раннем детстве обнаруживают нарушения развития головного мозга, являющиеся предикторами развития нервно-психических заболеваний,. Например, изменения в объёме серого и белого веществ ведёт к отставанию в росте всех структур головного мозга.

В настоящее время есть исследования, демонстрирующие, что у новорождённых мальчиков, имеющих родственников, страдающих шизофренией, головной мозг содержит больше серого вещества по сравнению с контрольной группой. У детей с риском развития аутизма до шести месяцев проявление фракционной анизотропии на МРТ выше, чем в норме; после 6 месяцев данный показатель снижается, и к году достигает меньшего уровня, чем в популяции.

Сильная связь между амигдалой, передней инсулой и вентральным стриатумом, возможно, является предиктором развития тревожных расстройств. Существует исследование, показавшее небольшое, но тем не менее статистически значимую зависимость между миелинизацией нервных волокон в лобной и височной долях и речевым развитием в возрасте от 3 месяцев до 4 лет, а также между общей миелинизацией головного мозга и уровнем когнитивного развития в этот же возрастной период.

Тенденции

Описательные исследования показали нам, что головной мозг с момента рождения до года претерпевает множество изменений: быстрый рост серого вещества, миелинизация, развитие мозговых структур, гирификация. После двух лет процесс развития замедляется.

Благодаря описательным исследованиям нам удалось проследить влияние наследственности, генных факторов, социальной среды, индивидуальных особенностей на развитие мозга, удалось обнаружить предикторы риска нервно-психических расстройств. Возможно, подобные исследования дадут нам в будущем возможность обнаруживать биомаркёры этих заболеваний задолго до того, как они проявятся клинически. Это даст нам возможность более мягко вмешаться в развитие головного мозга, что в последующем приведёт к более благоприятным исходам нервно-психических заболеваний.

Источник

Научная электронная библиотека

2.1. Особенности функциональной асимметрии мозга у детей с нормальным психическим развитием, со слабовыраженными отклонениями в психическом развитии (с задержкой психического развития) и с психическим недоразвитием (умственной отсталостью)

Как правило, в дошкольном возрасте процесс латерализации еще не завершен. На формирование латерального фенотипа влияет большое число факторов, которые можно разделить на две группы:

1. Биологические: наследственность, органические поражения мозга в дородовый период, в родах, в первые годы жизни ребенка, длительные и частые соматические заболевания и прочие.
2. Факторы среды (условия развития ребенка): материальная среда, тип воспитания, соответствие методов, приемов и содержания образования когнитивному стилю ребенка, эмоциональный фон и тому подобное.

Функциональные изменения в высшей нервной деятельности, возникающие под этим воздействием затягивают и нарушают процесс латерализации, тормозят выделение ведущего полушария, что может привести к задержке психического развития, а в крайних случаях разрушить психическое и физическое развитие здоровье ребенка.

Развитие мозга идет в направлении дифференциации и специализации его отделов с последующей пластичной функциональной интеграцией (Чуприкова Н.И., 1997). Тесная взаимосвязь двух полушарий является необходимым условием для обеспечения всех видов деятельности человека.

В первые 10-12 лет жизни ребенка постепенно одно из полушарий выделяется в качестве ведущего. И хотя в обработке информации, в процессе мышления, в формировании эмоциональной сферы и поведенческих реакций принимают участие оба полушария, преобладать будут те стратегии, которые определяются ведущим полушарием. Таким образом, складывается латеральный фенотип человека. Крайние лево- и правополушарные фенотипы встречаются в человеческой популяции довольно редко, но практически всегда можно выделить преобладание лево- или правополушарной доминанты. При этом, в сознании человека выстраиваются довольно четкие ориентиры, сверяясь с которыми человек может достаточно быстро и адекватно отвечать на воздействие окружающей среды. Если этого не происходит, то человеку трудно принять правильное решение, он чаще становится жертвой обстоятельств.

Исследования по функциональной асимметрии полушарий головного мозга позволяют специалистам лучше понять объективные причины и механизмы, лежащие в основе нарушений и отклонений в познавательной деятельности детей с задержкой психического развития. Каждое полушарие вносит свой вклад, играет свою собственную роль в когнитивном развитии ребенка. Тесная взаимосвязь двух полушарий является необходимым условием для обеспечения нормального функционирования мозга, для обеспечения всех видов ведущей деятельности в каждом возрастном периоде.

Для детей с задержкой психического развития характерны незрелость эмоционально-волевой сферы и недостаточный уровень развития познавательной сферы. Кроме того, у младших школьников вышеуказанной категории наблюдается повышенная утомляемость, низкая работоспособность, неустойчивость внимания, недостаточно развитые мнемические процессы, отчетливо проявляется недостаточный уровень сформированности операций анализа, синтеза, обобщения и др.

Физиологами, нейропсихологами и морфологами получены данные, свидетельствующие о более позднем формировании, у детей с задержкой психического развития, функций лобных долей левого полушария. У них замедлено, по сравнению с нормой, структурно-функциональное созревание левого полушария, особенно его высших отделов (Белый В.И., 1982; Симерницкая Э.Г., 1982; Фарбер Д.А., 1979; Шевченко Ю.Г., 1972).

Одним из механизмов выделения значимых стимулов является центральное оттормаживание незначимых стимулов при выделении значимых. Исходя из этого представления можно предположить, что одинаковая реакция на значимые и незначимые стимулы, наблюдаемая у детей с задержкой психического развития в структурах левого полушария обусловлена недостаточным развитием тормозных механизмов коры левого полушария. А также незрелостью интегративно-пусковых структур левого полушария. Можно полагать, что отсутствие или ослабление амплитудных различий вызванных потенциалов при предъявлении двух типов стимулов (значимых и незначимых) обусловлено недостаточностью тормозных функций коры, нарушением регуляции включения тормозных механизмов при появлении «ненужного» стимула. Наряду с этим следует иметь в виду, что нарушение выделения значимых стимулов может быть связано с несформированностью процессов локальной активации, контролируемых лобными структурами коры. В ходе онтогенеза у ребенка существенно изменяется способность к выделению значимости сигнала. В возрасте 6-7 лет развивается возможность оценки информационной значимости стимула, что связано с появлением возможностей оценки более отвлеченных и абстрактных характеристик стимула. Можно полагать, что у детей с задержкой психического развития в 9 лет еще недостаточно, по сравнению с нормально развивающимися сверстниками, сформирована способность к четкому определению значимости предъявляемой информации. Это выявляется как при психологических наблюдениях, так и при анализе вызванной электрической активности мозга на целевые и нецелевые стимулы. Измененное участие ассоциативных структур, особенно левого полушария, в анализе зрительной информации приводит к иной, чем в норме, системной организации процесса восприятия. Это согласуется с результатами психологического изучения детей с задержкой психического развития, свидетельствующими о нарушении у них формирования системных связей при восприятии.

Проведенный электрофизиологический анализ функциональной специализации полушарий и их взаимодействия в процессе разных видов деятельности позволил выявить особенности структурно-функциональной организации мозга у детей с нормальным и задержанным психическим развитием (А.А. Маркосян, 1969). Проводилось исследование вызванных потенциалов в проекционных и ассоциативных структурах левого и правого полушарий, возникающих в ответ на предъявление целевых (значимых) и нецелевых (незначимых) зрительных структурированных стимулов. Выделение значимого целевого стимула в ряду предъявленных сигналов характеризует познавательные возможности ребенка, его способность к целенаправленному, адаптивному поведению, умению выделить существенную информацию (Фишман М.Н., 1989).

У детей с задержкой психического развития выявлены существенные отличия от нормы при разных формах перцептивной деятельности, у них наблюдается ослабление включения в деятельность ассоциативных структур левого полушария. Выделение значимых сигналов, оценка значимости сигнала, судя по сдвигам амплитудно-временных параметров вызванных потенциалов, осуществляются, в основном, в структурах правого полушария. В левом полушарии не выявлено существенных отличий вызванных потенциалов на значимые и незначимые сигналы.

У детей с задержкой психического развития замедлены прием и переработка сенсорной информации, но нет нарушений элементарных сенсорных процессов: абсолютные пороги чувствительности, различительные возможности слуха и зрения такие же, как у нормально развивающихся детей. Отличия от нормы выявляются при усложнении восприятия, что объясняется, в частности, несформированностью координированной работы отдельных систем внутри анализаторов (Лурия А.Р., 1956).

Особенности мозговой интеграции сенсорной информации у детей с разным уровнем умственного развития установлены также при анализе взаимодействия левого и правого полушарий в процессе зрительного восприятия. Эксперимент был поставлен таким образом, что позволял одновременно регистрировать вызванные ответы не только в том полушарии, куда поступали сигналы, то есть в стимулируемом полушарии, но и в противоположном полушарии, где вызванные потенциалы появлялись вследствие передачи информации по межполушарным связям (в первую очередь, по каллозальным путям). Это давало возможность анализировать передачу информации из одного полушария в другое, оценивать время передачи информации, характер межполушарного взаимодействия.

Показано, что у нормально развивающихся детей при стимуляции левого полушария в правом, нестимулируемом, полушарии возникают высокоамплитудные ответы (так называемы «непрямые» вызванные потенциалы), по форме схожие с вызванными потенциалами в стимулируемом левом полушарии («прямые» вызванные потенциалы). При стимуляции правого полушария в левом полушарии также возникают хорошо выраженные вызванные потенциалы, но их амплитуда значительно меньше, чем у «прямых» вызванных потенциалов в правом полушарии. Это обусловлено большим количеством межполушарных связей левого полушария с правым, чем правого с левым. Вследствие этого при стимуляции левого полушария происходит более активное вовлечение структур правого полушария, это отражает и большую роль левого полушария в мозговой интеграции в процессе восприятия. Интеграция полушарий в процессе восприятия обуславливает их взаимную дополнительность, являющуюся необходимым условием для осуществления любого вида деятельности.

У детей с задержкой психического развития, судя по характеристикам вызванных потенциалов, активация левого полушария при стимуляции правого полушария значительно ослаблена по сравнению с нормой. Это отражает, по-видимому, снижение реактивности левого полушария на информацию, приходящую по каллозальным путям из правого полушария. Анализ времени межполушарной передачи информации в процессе восприятия указывают на замедление развития вызванных потенциалов в структурах правого полушария при стимуляции левого полушария, что отражает в известной степени замедление передачи информации из левого полушария в правое. По данным психолого-педагогических исследований, у детей с задержкой психического развития нет нарушения элементарных сенсорных процессов, однако прием и переработка сенсорной информации замедлены. Абсолютные пороги чувствительности, различительные возможности слуха и зрения таковы же. Как у нормально развивающихся детей. Отличия от нормы выявляются при усложнении восприятия, что объясняется, в частности, несформированностью координированной работы отдельных систем внутри анализаторов.

Недостаточность функций преимущественно левого полушария, выявленная при электрофизиологическом исследовании функциональной организации мозга, находит подтверждение в ряде психологических исследований. Т.В. Егорова (1973) указывает, что при сохранности возможностей развития интеллекта у этого контингента детей наблюдаются недостаточная сформированность умственных операций, отставание в развитии словесно-логического мышления. По мнению М. Гросс и У. Вильсон (1974), трудности школьного обучения детей с задержкой психического развития обусловлены тем, что большинство заданий имеет вербальный характер, а дефицитарность функций левого полушария создает затруднения в их адекватной переработке.

Таким образом, проводимые ранее психологические исследования специфики познавательной сферы детей с задержкой психического развития фактически полностью охватывали изучение их познавательных процессов, но характеризовались локальностью, так как исследования, как правило, касались отдельно взятых функций без учета их взаимосвязи с типами профилей латеральной организации мозга.

Сложные нарушения познавательной деятельности у умственно отсталых детей обусловлены как общим недоразвитием мозга, так и изменением межполушарного взаимодействия, лежащего в основе интеграции мозговых функций. При умственной отсталости отмечается глобальное, недифференцированное реагирование левого полушария — такой «гештальтный» тип реагирования в норме более характерен для правого полушария. Дефицит функций правого полушария проявляется в нарушении зрительно-пространственного и целостного характера восприятия. Более грубо, чем при задержке психического развития, выявляется нарушение тормозных функций коры. Нарушение межполушарной передачи информации искажает когнитивную интеграцию при интеллектуальной деятельности (Фишман М.Н., 1996).

В.А. Москвиным (1990) выделены четыре вида латеральности — формирования межполушарной организации психических процессов: генетическая, патологическая, вынужденная и функциональная (связанная с научением и социокультурными причинами) (Москвин В.А., 1990). Следует отметить, что нарушения функциональной асимметрии при задержке психического развития и психическом недоразвитии (умственной отсталости) в дальнейшем будет рассматриваться как патологическая латеральность в отличие от других видов латеральности (например, левшество), наблюдаемой у детей с нормальным психическим развитием.

Источник