Возраст: от зачатия до рождения
Когда мы наблюдаем за строительством дома, то часто удивляемся, как быстро возводится опорный каркас. Снаружи дом выглядит почти готовым уже вскоре после начала строительства, но отделка интерьера и прокладка кабелей занимает потом гораздо больше времени. Построение мозга следует сходной стратегии: расстановка сигнальных клеток (нейронов) в нужное положение – это сравнительно легкая задача, и она завершается еще до рождения ребенка. А вот подключение и наладка всех связей – настолько сложный процесс, что продолжается до того возраста, как молодой человек поступает в колледж.
Правда, развитие мозга ребенка существенно отличается от строительства дома в одном: построение мозга от оплодотворенной яйцеклетки до мозга новорожденного младенца в основном происходит автоматически. Процессы, формирующие мозг, находятся под управлением гибкой генетической программы, позволяющей плоду расти почти при любых обстоятельствах. (Как гласит надпись на упаковке некоторых наших любимых устройств, «сборка не требуется».) Главное условие: вынашивающая ребенка мать должна быть здоровой.
В этой главе содержатся некоторые самые ценные советы, касающиеся внутриутробного развития, включая предупреждения о его опасностях. Но прежде чем перейти к подробностям, почерпнутым из научной литературы, мы хотим подчеркнуть следующее: большинство беременностей заканчивается хорошо . Авторы многих популярных книг (вы знаете, о ком идет речь) советуют женщинам избегать любых рисков во время беременности, даже самых незначительных. Однако длинные списки потенциальных угроз пугают будущих матерей (зато помогают продавать книги), они также могут привести к материнскому стрессу, который сам по себе плохо влияет на развитие плода (см. врезку «Практический совет: меньше стресса, меньше проблем»).
Последствия рисков во время беременности зависят от их тяжести и от той фазы беременности, в которой они проявляются. В большинстве случаев, когда происходит выкидыш или рождается дефективный ребенок, поведение беременной женщины здесь ни при чем. У вас будет возникать искушение винить себя за все, что происходит с вашим ребенком, но необходимо иметь ясную перспективу.
То обстоятельство, что развитие мозга еще не родившегося ребенка в основном является самоорганизующимся процессом, может принести вам некоторое облегчение. В то же время следует помнить о нескольких важных вещах, где ваше участие может сыграть значимую роль. Попробуем понять некоторые научные детали самой начальной стадии формирования мозга, они не так сложны, как может показаться на первый взгляд.
Мозг зародыша начинает формироваться на раннем этапе гестацииВ оригинале авторы используют слово «беременность». Однако, если соблюдать научную строгость, у зародыша или плода никак не может быть беременности. Этот процесс с его, так сказать, внутренней точки зрения называется гестацией. – Прим. ред .. На первом месяце группа клеток развивающегося эмбриона получает химические сигналы и начинает формировать нервную систему. Через 3 недели после зачатия нервная пластинка – слой клеток, проходящий по всей длине эмбриона – смыкается краями и образует нервную трубку, из которой впоследствии формируется спинной и головной мозг.
Если нервная трубка не закрывается полностью, то происходит выкидыш или ребенок рождается с врожденным дефектом, таким как расщепление позвоночника (при расщеплении позвоночника, или спинномозговой грыже, неполное закрытие нервной трубки иногда приводит к выпиранию спинного мозга из позвоночного столба). Недостаток фолиевой кислоты в организме матери увеличивает риск дефектов нервной трубки. По этой причине женщине с самого начала беременности следует ежедневно принимать 400 мкг фолиевой кислоты (витамин группы В) или больше – если она вынашивает более одного ребенка. Другим источником указанного витамина служит хлеб, который в США и многих других странах готовят из муки с добавкой фолиевой кислоты именно по этой причине. Если вы хотите завести ребенка, то нужно принимать фолиевую кислоту до зачатия, поскольку многие женщины узнают о своей беременности уже после закрытия нервной трубки у эмбриона, т. е. на 4-й неделе после зачатия или позже.
Следующая стадия развития нервной системы эмбриона – ее сегментация. Нервная трубка делится на составные части к 6-й неделе беременности. Вы можете представлять это как планировку комнат перед строительством нового дома, за исключением того, что сегментация определяется не физическими барьерами, а химическими сигналами. Самый большой отдел нервной трубки в заднем конце человеческого эмбриона становится спинным мозгом. Отдел меньшего размера в головной части разделяется на три сегмента, которые впоследствии становятся тремя разными частями головного мозга (см. рис.).
Задний из этих трех сегментов превращается в ствол головного мозга , который контролирует в основном базовые подсознательные функции, такие как рефлекторные движения глаз и головы, дыхание, частота сердцебиения, сон, половое возбуждение и пищеварение. Кроме того, он образует мозжечок , который собирает сенсорную информацию для управления движением (скажем, подсчитывает, с каким усилием нужно поднять ногу при ходьбе по лестнице).
Средний сегмент образует срединные структуры мозга, включая гипоталамус, миндалевидное телои гиппокамп(см. рис.). Гипоталамус контролирует более осознанные базовые процессы, такие как регулировка сексуального поведения, голод, жажда, температура тела и дневные ритмы сна и бодрствования, а также выделение стрессовых и половых гормонов. Миндалевидное тело отвечает за эмоции, особенно за чувство страха. У гиппокампа есть две главных функции: он переводит информацию в долговременную память и играет важную роль в пространственной ориентировке.
Третий сегмент, расположенный в передней части мозга, становится таламусоми корой больших полушарий, которая также называется неокортексом . Сенсорная информация, поступающая в организм через глаза, уши или кожу, направляется в таламус – структуру, расположенную в центре мозга, которая фильтрует ее и направляет в кору головного мозга. Ученые подразделяют неокортекс на четыре части, называемые долями. (Две доли каждого отдела симметрично расположены в правом и левом полушарии.) Затылочные доликоры больших полушарий мозга отвечают за зрительное восприятие. Височные долиотвечают за слух, включая понимание устной речи. Кроме того, они тесно взаимодействуют с миндалевидным телом и гиппокампом и играют значимую роль в обучении, запоминании и эмоциональных реакциях. Теменные долиполучают осязательную информацию, собирают воедино сигналы от всех органов чувств и направляют наше внимание. Лобные долиуправляют осознанным движением, речью и выбором поведения в зависимости от наших намерений и обстановки.
На ранних стадиях созревания эмбриона все эти сегменты мозга имеют крошечные размеры. По мере развития химические маркеры разделяют мозг на большее количество частей и определяют зоны коры, ответственные за определенные аспекты зрения или языка. Группу клеток с общей функцией называют ядром . После определения всех областей мозга они растут и развиваются в определенной последовательности: от затылочной до лобной части (см. рис.). Этот процесс продолжается в детстве и подростковом возрасте (см. главу 9).
Главной целью на ранних этапах развития мозга является создание миллиардов и миллиардов новых клеток. Клетки первоначальной нервной системы многократно делятся и создают дополнительные клетки-предшественники. Эти клетки могут делиться во время движения, оставляя за собой цепочки нейронов. В процессе деления также возникают различные виды глиальных клеток Глиальные клетки, или глия, – совокупность всех клеток нервной ткани, помимо самих нейронов. Это своего рода соединительная нервная ткань – промежуточные ее клетки, выполняющие разные полезные функции. – Прим. ред .. Один тип глиальных клеток направляет размещение нейронов на ранних стадиях развития, протягивая длинные волокна, которые действуют как «тропы», по которым следуют нейроны.
Количество клеточных делений и тип клеток, которые они производят, жестко контролируется сочетанием химических сигналов в разных областях мозга и взаимодействием с уже существующими клетками. Добавление новых нейронов в основном завершается к 20 неделям гестационного периодаэмбриона (который принято отсчитывать с первого дня последнего менструального периода матери), т.е. примерно через 18 недель после зачатия. Очень небольшое количество нейронов продолжает появляться даже в зрелом возрасте, а новые глиальные клетки формируются в течение всей жизни.
Затем клетки эмбриона начинают дифференцироваться для выполнения конкретных задач. Дифференциация происходит в несколько этапов: по мере того как задачи становятся все более специфическими, они и направляются все более четкими химическими сигналами.
На базовом уровне нейроны имеют много общего. Они получают химические сигналы посредством веществ, называемых нейротрансмиттерами , которые высвобождаются другими (специальными) нейронами. Когда молекулы нейротрансмиттера связываются с принимающими рецепторами на дендритахнейрона, возникают электрические и химические сигналы, которые могут распространяться по всему телу клетки. При достаточном количестве одновременных электрических сигналов тело клетки может генерировать электрический импульс, который используется для «общения» с другими нейронами.
Этот выходной сигнал нейрона, который называется биоэлектрическим потенциалом , передается по аксону –очень длинному и тонкому отростку нейрона, который тянется от тела нейрона, например расположенного в головном мозге, к своей цели (какому-то участку мозга или тела, например к пальцу на ноге). Каждый нейрон имеет один аксон, который часто ветвится для достижения многочисленных участков. Молекулы нейротрансмиттера находятся в специализированных локусах на концах аксонных ответвлений и высвобождаются при получении биоэлектрического импульса. Когда нейротрансмиттер связывается с рецепторами дендрита другого нейрона, тот возбуждается или подавляется – в зависимости от типа передаваемого нейротрансмиттера. Место соединения аксона передающего нейрона с дендритом принимающего нейрона называется синапсом.
Конечный этап дифференциации нервных клеток эмбриона часто зависит от взаимодействия нейронов в синапсах.
Глия (совокупность глиальных клеток ) тоже принимает разные формы. Иногда глиальные клетки обволакивают проводящие аксоны, как своего рода изолирующая пластиковая оболочка электрического провода, и образуют слой под названием миелин , он способствует ускорению связи между нейронами. В других случаях глия обрамляет кровеносные сосуды и контролирует химические сигналы, поступающие в мозг и обратно. Глия также образует защитную систему мозга, обволакивая и удаляя инородные вещества и остатки отмирающих клеток. У эмбриона она тоже дифференцируется в соответствии с химическими сигналами, обычно немного позже, чем нейроны в тех же областях.
