Гены, среда и «критический период»: как растёт интеллект

«Мальчик — много шума и крика в оболочке из грязи», — эта фраза Артура Кларка, вынесенная в заголовок, задаёт тон разговору о том, что же на самом деле формирует наш ум. Безусловно, те области мозга, которые отвечают за интеллект, постоянно подвергаются влиянию окружающей среды. Но так ли всесильны воспитание и жизненный опыт? Исследователи из Национального института умственного здоровья США (NIMH) решили докопаться до сути и выяснили: решающими всё же являются генетические факторы. Их работа, опубликованная 11 июня 2008 года, проливает свет на то, как растёт и развивается кора головного мозга у подростков — и какую роль в этом процессе играет наследственность.

Команда под руководством доктора Филипа Шоу и доктора Рошел Ленрут из отделения детской психиатрии NIMH уже не первый год изучает развитие человеческого мозга. Ранее учёным удалось проследить, в каком возрасте у детей сильнее всего развивается кора, а также увидеть, как упрощаются связи в подростковом мозге, делая его работу наиболее эффективной. Но новое исследование пошло дальше: специалисты задались вопросом, как гены и окружающая среда влияют на рост «молодой», активно развивающейся коры.

Архитектура мысли: шесть слоёв неокортекса

Объектом пристального внимания стала внешняя мантия мозга — новая кора, или неокортекс. Это тонкая оболочка с характерной сморщенной поверхностью, напоминающей грецкий орех. Считается, что она состоит из шести слоёв, каждый со своим составом нервных клеток. Именно с появлением неокортекса мозг наших предков обрёл способность к сложным интеллектуальным функциям — тем, что и делают нас людьми. Синапсы сделали человека умным: белки важнее нейронов

Чтобы разобраться в росте этой структуры, учёные использовали функциональную магнитно-резонансную томографию. Толщину коры измерили по 40 тысячам точек у 375 подростков, причём сканирование проводили как минимум дважды за годы взросления. Это позволило увидеть различные траектории роста нервных клеток — и они оказались далеко не одинаковыми.

Как говорят авторы, сложность роста нервной ткани определялась её клеточной архитектурой. Результаты подтвердили гипотезу: развивающиеся области коры имеют сложную многослойную структуру. В «старших» районах, которые сформировались ещё до рождения, слоёв немного. А вот в растущих — все шесть. Это различие навело исследователей на мысль о том, что и влияние генов, и среды на эти зоны может быть разным.

Близнецы, томограф и спор наследственности с опытом

Чтобы проверить догадку, выборку расширили: дополнительно просканировали мозг 600 подростков, включая несколько пар близнецов. Сравнение однояйцевых и разнояйцевых близнецов — классический метод оценки вклада генетики в любой признак. И здесь картина получилась любопытной.

Оказалось, что генетические факторы сильнее влияют на толщину коры в самом начале её развития. Затем эстафету перехватывает окружающая среда. Но завершается рост нервной ткани всё равно под диктовку наследственности. Этот процесс разворачивается в уникальных районах коры, ответственных за речь, социальное поведение и язык. По словам исследователей, такой мощный эффект наследственности — эхо быстрых генетических изменений, которые сопровождали отделение будущего Homo sapiens от других приматов. А вот у более «старших» участков коры, доставшихся нам от общих с обезьянами предков, план развития за миллионы лет эволюции уже устоялся и не так подвержен пересмотру.

Окно возможностей: когда опыт важнее генов

Самый интригующий вывод касается того, что исследователи назвали «критическим периодом». Фаза, во время которой кора наиболее интенсивно утолщается, — это как раз то время, когда собственный опыт человека оказывает больше влияния, чем гены. Но длится это окно не везде одинаково. Области, поддерживающие более простые функции, созревают раньше, и период изменчивости у них короче. А вот зоны, ответственные за очень сложные поведенческие и познавательные функции, гораздо более открыты для окружающей среды. У них более длинный «люфт» для достижения пиковой толщины коры — а значит, и больше шансов, что жизненный опыт оставит на них свой отпечаток.

Доктор Ленрут подчёркивает практическую ценность этих данных: зная, на какую область мозга влияют генетические факторы, можно попытаться обусловить поведение человека генной предрасположенностью. Такой подход, по её мнению, применим при исследовании заболеваний психики. Если мы поймём, где наследственность жёстко задаёт траекторию, а где среда может вмешаться и скорректировать развитие, — у нас появится шанс на более тонкую терапию.

Так что метафора Кларка о «мальчике из грязи» оказывается неожиданно точной, но с важной оговоркой. Да, мы рождаемся с криком и шумом, и наш мозг — та самая «оболочка из грязи», которую лепит опыт. Но глина эта замешана по генетическому рецепту, и форма, которую она примет, во многом предопределена задолго до первого вдоха. А вот насколько податливой она окажется в руках среды — зависит от того, о какой именно зоне коры идёт речь и в каком возрасте мы в неё «дуем».