Мозг подростка «ещё строится»: синаптический прунинг и созревание префронтальной коры

Три статьи о поведении подростка — и одна об устройстве самого мозга

Статьи «Эмоциональная реактивность подростков», «Почему подростки чаще идут на риск» и «Почему мнение сверстников так много значит для подростка» объясняли конкретные поведенческие проявления — но не то, что происходит в самом мозге и делает эти проявления ожидаемыми, а не признаком «плохого характера». Этот материал — про сам механизм: как мозг физически меняется в подростковом возрасте и почему разные его отделы взрослеют не одновременно.

Крупное лонгитюдное исследование: 145 человек, повторные МРТ на протяжении лет

Джей Гидд с коллегами (Giedd и др., 1999, журнал Nature Neuroscience, Национальный институт психического здоровья США) провели одно из первых по-настоящему крупных лонгитюдных МРТ-исследований мозга детей и подростков — то есть наблюдали за одними и теми же людьми повторно, а не сравнивали разные возрастные группы между собой. В исследование вошли 145 здоровых людей (89 мальчиков), в возрасте от 4,2 до 21,6 года, всего 243 скана. Ранее подобные исследования были только «поперечными» (разные люди разного возраста в один момент времени) и показывали упрощённую картину — линейное снижение серого вещества и линейный рост белого. Повторные измерения одних и тех же людей позволили увидеть более точную, нелинейную картину.

Белое вещество растёт линейно и одинаково во всех долях

Объём белого вещества (отвечает за скорость передачи сигналов между областями мозга) увеличивался линейно на протяжении всего изученного возраста — в среднем на 12,4% в промежутке от 4 до 22 лет, без значимых различий по долям мозга. Здесь картина простая и предсказуемая.

Серое вещество — совсем другая история: у каждой доли свой возраст пика

Серое вещество (клеточные тела нейронов и их связи) вело себя иначе — нелинейно и по-разному в разных долях мозга. Лобная доля (frontal lobe, куда входит префронтальная кора — область, отвечающая за планирование, торможение импульсов, оценку последствий) достигала максимального объёма в среднем в 12,1 года у мальчиков и 11,0 года у девочек, после чего объём снижался. Теменная доля вела себя похоже — пик в 11,8 года у мальчиков и 10,2 года у девочек. А вот височная доля достигала пика заметно позже — только в 16,5 года у мальчиков и 16,7 года у девочек. Затылочная доля (отвечает за базовую зрительную обработку) вообще не показала снижения в изученном диапазоне — объём серого вещества там продолжал линейно расти вплоть до 20-22 лет, границы выборки.

Что значит «пик» серого вещества и почему это не противоречие

Может показаться странным: если лобная доля достигает пика раньше височной, разве это не значит, что лобная доля «взрослеет быстрее»? Сами авторы разбирают этот нюанс: пик объёма — это момент, когда заканчивается фаза избыточного роста синапсов (связей между нейронами) и начинается фаза их «прунинга» — избирательного устранения лишних, менее используемых связей ради более эффективной, специализированной работы сети. То, что лобная доля начинает эту фазу прунинга раньше височной, не означает, что сам процесс уточнения и созревания лобной коры заканчивается раньше — исследование Гидд и коллег зафиксировало данные только до 21,6 года, поэтому не может напрямую показать, когда именно процесс завершается позже этой границы.

Что показывают более старые, независимые от МРТ данные

Сами авторы ссылаются на отдельное, более раннее гистологическое исследование (Huttenlocher & Dabholkar, 1997) — на посмертных образцах мозга, где напрямую подсчитывалась плотность синапсов, а не косвенно оценивался объём ткани по МРТ. Эти данные показали, что устранение лишних синапсов в первичной зрительной и слуховой коре (базовые сенсорные зоны) происходит раньше, чем в лобной коре — то есть именно лобная кора, отвечающая за сложные когнитивные функции, дозревает («уточняется») позже базовых сенсорных зон мозга. МРТ-данные Гидд и коллег согласуются с этой более ранней находкой и описывают её на языке объёма ткани, но именно гистологическое исследование — прямое доказательство разной по времени очерёдности прунинга по разным зонам мозга.

Механизм: почему прунинг вообще делает мозг эффективнее

Обзор Сары-Джейн Блейкмор и Суприи Чоудхури (Blakemore & Choudhury, 2006, журнал Journal of Child Psychology and Psychiatry) объясняет, зачем нужен сам прунинг. До полового созревания в префронтальной коре накапливается избыток синаптических связей — из-за этого избытка сигналы внутри сети «зашумлены», соотношение полезного сигнала к шуму низкое, что делает обработку сложных когнитивных задач менее эффективной. После полового созревания начинается активный прунинг лишних связей в сочетании с миелинизацией (образованием изолирующей оболочки вокруг нервных волокон, ускоряющей передачу сигнала) — вместе эти два процесса превращают избыточную, «шумную» сеть в более узкоспециализированную и эффективную. Именно эта комбинация — прунинг плюс миелинизация, продолжающиеся в лобной коре дольше, чем в других зонах, — стоит за широко известной, но часто упрощённой фразой «префронтальная кора подростка ещё не полностью сформирована».

Честная граница: что именно доказано, а что — более широкий синтез

Важно разделить два уровня утверждений. Собственные данные Гидд и коллег (1999) доказывают конкретную, измеренную вещь: развитие серого вещества в разных долях мозга происходит не одновременно (нелинейно и «гетерохронно» — их собственный термин) и лобная/теменная доли проходят пик раньше височной. Более широкое и популярное утверждение «префронтальная кора продолжает дозревать примерно до середины третьего десятка» — это синтез из более широкой исследовательской программы (включая работы за пределами выборки Гидд, у которой верхняя граница возраста — 21,6 года) и обзоров вроде Блейкмор и Чоудхури, а не прямой вывод из одного конкретного исследования 1999 года. Обе части утверждения обоснованы реальными данными — но это разные уровни доказательности, и стоит их не смешивать.

Что из этого следует практически

Практический смысл — не в том, чтобы оправдывать любое поведение подростка ссылкой на «незрелый мозг», а в том, чтобы иначе интерпретировать типичные трудности этого возраста: импульсивные решения, трудности с долгосрочным планированием, сильные эмоциональные реакции — не признак характера или воспитания, а ожидаемое следствие того, что зона мозга, отвечающая именно за торможение импульсов и взвешенное планирование, физически всё ещё находится в процессе уточнения своей работы, пока другие зоны (например, отвечающие за эмоциональную реактивность или восприятие социальной оценки) уже функционируют на более взрослом уровне. Это описание общей возрастной закономерности на уровне популяции, а не диагностика конкретного подростка и не оправдание для отказа от границ или последствий поведения.