Новое исследование проливает свет на работу мозга плода

Современное оборудование и специальные алгоритмы позволяют учёным исследовать активность мозга плодов.
Современное оборудование и специальные алгоритмы позволяют учёным исследовать активность мозга плодов.

Дети, рождённые раньше срока, как правило, чаще страдают от неврологических нарушений, например, от аутизма или синдрома дефицита внимания и гиперактивности. Учёные из Университета Уэйна (Wayne State University), Йельской медицинской школы (Yale School of Medicine) и Университета штата Мичиган (Michigan State University) сделали функциональную МРТ плодам и обнаружили, что эти проблемы начинаются ещё в материнской утробе. Возможно, в будущем новые данные помогут лечить неврологические нарушения на ранних стадиях или вовсе предотвращать их появление. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Исследователи показали, что у недоношенных детей участки мозга обмениваются информацией иначе, чем у тех, кто родился в срок. Выборка была небольшой, поэтому делать далеко идущие выводы нельзя, но работа демонстрирует, каких результатов можно добиться с помощью нейровизуализации. «Эти современные инструменты впервые предоставляют нам возможность отследить возникновение неврологических повреждений в утробе матери», — говорит детский нейробиолог Детского национального медицинского центра в Вашингтоне (Children’s National Medical Center) Екатерина Лимперопулос (Catherine Limperopoulos).

Члены научной группы изучили активность мозга 32 плодов с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. «У большинства беременность протекала нормально, но женщины были представителями низкоресурсной группы населения, которая больше подвержена риску преждевременных родов и нарушений развития», — поясняет ведущий автор исследования Мориа Томасон (Moriah Thomason). Впоследствии 14 детей появились на свет раньше срока.

Активность мозга у детей, родившихся вовремя (сверху) и раньше срока (снизу) детей.
Активность мозга у детей, родившихся вовремя (сверху) и раньше срока (снизу).

Исследователи оценили качество связи между разными областями мозга плодов (функциональную связность) с помощью фМРТ покоя — техники, которая позволяет оценить нейронную активность в тот момент, когда мозг не занят какой-то определённой задачей. Учёные сравнили данные детей из двух групп и обнаружили, что у тех, кто родился раньше срока, связи между нейронами на небольшом участке, расположенном в левом полушарии, были слабее. Эта область мозга со временем развивается в речевой центр. «То, что они могут зарегистрировать различия в функциональной связности на таком раннем сроке — это очень интересно, — говорит Хао Хуан (Hao Huang), специалист Пенсильванского университета (University of Pennsylvania) по развитию мозга в неонатальном периоде. — Обычно ранняя диагностика предоставляет больше возможностей для лечения». У детей, рождённых раньше срока, действительно часто возникают проблемы с речью, и Томасон планирует продолжить исследования в этом направлении и отследить развитие нарушений.

О том, что у недоношенных детей изменена функциональная связность мозга, уже было известно. Но раньше учёные делали фМРТ уже родившимся детям, а значит, на результаты могли повлиять стресс, кислородная недостаточность или травмы, полученные во время родов. Томасон и его коллеги не только смогли наблюдать нарушения на ранних сроках, но и высказали предположение о причинах их возникновения. Они рассмотрели данные анализа плаценты и обнаружили признаки воспаления у матерей недоношенных детей. Исследователи высказали гипотезу о том, что нарушение активности мозга у плода может быть следствием инфекции, но небольшая выборка не позволила им сделать определённых выводов.

Ещё относительно недавно провести подобное исследование было бы невозможно. Одной из серьёзных трудностей, с которыми сталкиваются учёные, изучающие активность мозга плодов, является активное движение ребёнка в плодном пузыре. МРТ-аппараты сканируют объекты слоями и движение приводит к тому, что часть снимков «выбрасывается из колоды». Специальные алгоритмы позволяют исследователям «склеить» эти срезы и восстановить картинку. Кроме того, МРТ-аппараты совершенствуются и работают всё быстрее, а значит — успевают собрать больше данных в тот момент, когда плод не двигается. Другая сложность — то, что мозг плода очень быстро растёт. Для того чтобы сравнивать работу мозга нескольких детей, нейробиологам нужно сначала составить атласы и схемы, которые показывают, как он работает на разных периодах развития. Сейчас такими исследованиями занимаются несколько научных групп.