عصب شناسان دانشگاه کمبریج، پنج «دوره عمده» از ساختار مغز را در طول زندگی انسان شناسایی کرده اند. این دوره ها نشان می دهند که مغز ما چطور بازآرایی می شود تا از روش های گوناگون تفکر در میانه رشد، بلوغ و در نهایت زوال حمایتکند.

کشف پنج دوره مهم ساختار مغز

مطالعه ای به رهبری واحد علوم شناختی و مغز شورای تحقیقات پزشکی کمبریج، مغز ۳۸۰۲ نفر را در محدوده سنی صفر تا نود سال با منفعت گیری از مجموعه داده های اسکن انتشار کردن ام آر آی (MRI diffusion scans) قیاس کرد. این اسکن ها با ردیابی حرکت مولکول های آب در بافت مغز، اتصالات عصبی را نقشه برداری می کنند.

دانشمندان در این مطالعه که در نشریه Nature Communications انتشار شده است، اظهار کردند که پنج مرحله کلی از ساختار مغز را در طول عمر متوسط انسان شناسایی کرده اند که توسط چهار «نقطه عطف» محوری بین تولد تا مرگ، که طی آن مغز مجددا پیکربندی می شود، از هم تفکیک شده اند.

توپولوژی (سازمان بندی) مغز در دوران کودکی از تولد تا نقطه عطفی در سن ۹ سالگی ادامه دارد؛ بعد از آن به فاز نوجوانی گذار می کند، دوره ای که به طور متوسط تا ۳۲ سالگی به طول می انجامد.

در اغاز دهه ۳۰ زندگی، سیم کشی عصبی مغز داخل حالت بزرگسالی می شود. این طویل ترین دوره است و بیشتر از سه دهه دوام می آورد. سومین نقطه عطف در نزدیک به سن ۶۶ سالگی، نشان دهنده اغاز فاز «سالخوردگی اولیه» در معماری مغز است. در نهایت، مغز «سالخوردگی متاخر» در نزدیک به ۸۳ سالگی شکل می گیرد.

به حرف های دکتر الکسا موسلی، پژوهشگر ارشد این پژوهش، ما می دانیم که سیم کشی مغز برای رشد ما حیاتی است، اما تصویری کلی از این که چطور در طول زندگی تحول می کند و چرا، در اختیار نداشتیم.

او افزود: “این دوره ها بستر مهمی برای فهمیدن این نوشته فراهم می کنند که مغز ما در مرحله های گوناگون زندگی در چه کارهایی امکان پذیر بهترین کارکرد را داشته باشد، یا نسبت به چه مواردی صدمه پذیرتر باشد. این یافته می تواند به ما پشتیبانی کند تا بفهمیم چرا مغز برخی افراد در نقاط کلیدی زندگی، به شکلی متفاوت رشد می کنند، خواه این تفاوت، شامل مشکلات یادگیری در دوران کودکی باشد یا زوال عقل در سال های پایانی زندگی.”

مغز دوران کودکی

از دوران نوزادی تا کودکی، مغز ما با «تثبیت شبکه» تعریف می شود؛ چون سیناپس ها – اتصال دهنده های بین نورون ها – که در مغز نوزاد بیشتر از حد تشکیل شده اند، افت می یابند و فعال ترین آنها باقی می همانند.

در سرتاسر مغز، اتصالات از بدو تولد تا نزدیک به ۹ سالگی از الگوی شبیهی پیروی می کنند.

در همین حال، حجم ماده خاکستری و سفید به شدت رشد می کند، به طوری که ضخامت قشر مغز (فاصله بین ماده خاکستری بیرونی و ماده سفید داخلی) به اوج خود می رسد و چین خوردگی قشری (برجستگی های اشکار روی سطح بیرونی مغز) تثبیت می شود.

مغز دوران نوجوانی

در دومین «دوره» مغز، یعنی دوران نوجوانی، حجم ماده سفید هم چنان به رشد خود ادامه می دهد، به طوری که سازماندهی شبکه های ارتباطی مغز، همانطور که با انتشار کردن مولکول های آب در اسکن ها اندازه گیری می شود، به طور فزاینده ای دقیق تر می شود.

این دوره با کارایی اتصالات هم در داخل مناطق خاص و هم در ربط سریع در سراسر مغز تعریف می شود که با بهبود کارکرد شناختی مرتبط است.

به حرف های موسلی، کارایی عصبی، همانطور که می توانید فکر کنید، به خوبی توسط مسیرهای مختصر متصل شده است و دوران نوجوانی تنها دوره ای است که این کارایی در آن افزایش می یابد.

محققان می گویند این پیشرفت ها به طور متوسط در اغاز دهه سی زندگی به اوج خود می رسد، که «قوی ترین نقطه عطف توپولوژیکی» در کل طول عمر است.

موسلی فرمود: “در نزدیک به سن ۳۲ سالگی، ما بیشترین تغییرات جهت دار در سیم کشی و بزرگترین جابجایی کلی در مسیر رشد را در قیاس با همه نقاط عطف دیگر می بینیم.”

او افزود: “در حالی که بلوغ یک نقطه اغاز آشکار را اراعه می دهد، تعیین آخر نوجوانی از نظر علمی زیاد دشوارتر است. ما فقط بر پایه معماری عصبی دریافتیم که تغییرات شبه نوجوانی در ساختار مغز در نزدیک به اغاز دهه سی زندگی آخر می یابد.”

مغز دوران بزرگسالی

در سن ۳۲ سالگی، طویل ترین دوره، یعنی بزرگسالی، اغاز می شود. معماری مغز در قیاس با مرحله های قبلی تثبیت می شود و هیچ نقطه عطف عمده ای به زمان سی سال وجود ندارد. محققان می گویند این کار با «ارامش در هوش و شخصیت» بر پایه مطالعات دیگر مطابقت دارد.

آنها این چنین دریافتند که در طول این دوره، «تفکیک» زیاد تر به چشم می خورد، چون مناطق مغزی به آرامی اغاز به تقسیم بندی بیشتری می کنند.

مغز دوران سالخوردگی اولیه

نقطه عطف در سن ۶۶ سالگی زیاد خفیف تر است و با هیچ تحول ساختاری عمده ای تعریف نمی شود، اگرچه محققان تا این مدت تغییرات معناداری را در الگوی شبکه های مغزی به طور متوسط در نزدیک به این سن مشاهده کرده اند.

به حرف های موسلی، داده ها نشان می دهند که سازماندهی مجدد تدریجی شبکه های مغزی در اواسط دهه شصت زندگی به اوج خود می رسد. این به گمان زیاد با پیری و افت زیاد تر اتصال همراه است، چون ماده سفید مغز اغاز به زوال می کند.

او افزود: “این سنی است که افراد با افزایش خطر ابتلا به انواع شرایط سلامتی که می توانند بر مغز تاثییر بگذارند، همانند سختی خون بالا، روبرو می شوند.”

مغز دوران سالخوردگی متاخر

آخرین نقطه عطف در نزدیک به سن ۸۳ سالگی رخ می دهد و داخل آخرین دوره ساختار مغز می شویم. اگرچه داده ها برای این دوره محدود است، اما ویژگی بارز آن، تحول از الگوی سراسری به الگوی موضعی است؛ چون اتصال پذیری کل مغز بیشتر از پیش افت می یابد و وابستگی به مناطق خاص افزایش می یابد.

پروفسور دانکن استل، نویسنده ارشد و استاد نوروانفورماتیک در کمبریج، افزود: “با نگاهی به قبل، تعداد بسیاری از ما حس می کنیم که زندگی مان با مرحله های مختلفی اشکار شده است. اشکار شده است که مغز افراد نیز از این دوره ها عبور می کنند.”

“تعداد بسیاری از شرایط مربوط به رشد عصبی، سلامت روان و عصبی با شیوه سیم کشی مغز مرتبط می باشند. در واقع، تفاوت ها در سیم کشی مغز، مشکلات مربوط به دقت، زبان، حافظه و مجموعه ای از رفتارهای گوناگون را پیش بینی می کنند.”

“فهمیدن این مسئله که سفر ساختاری مغز نه یک مسیر پیشرفت ثابت، بلکه سفری با چند نقطه عطف مهم است، به ما در شناسایی این که سیم کشی آن چه وقتی و چطور در برابر اختلال صدمه پذیر است، پشتیبانی می کند.”

این پژوهش توسط شورای تحقیقات پزشکی (ام آر سی)، بنیاد گیتس و بنیاد خیریه جهانی تمپلتون حمایتشده است.