Ключевая область мозга одинаково реагирует на лица у младенцев и взрослых
В зрительной коре мозга взрослого человека небольшая область специализируется на реагировании на лица, в то время как соседние области демонстрируют сильное предпочтение к телам или пейзажам, таким как ландшафты.
Неврологи давно предполагали, что для развития этих областей у детей требуется много лет зрительного опыта. Однако новое исследование Массачусетского технологического института предполагает, что эти области формируются гораздо раньше, чем считалось ранее. В ходе исследования младенцев в возрасте от двух до девяти месяцев ученые выявили области зрительной коры младенцев, которые уже демонстрируют сильные предпочтения в отношении лиц, тел или сцен, как и у взрослых.
"Эти данные расширяют наши представления о развитии, делая мозг младенцев более похожим на мозг взрослых, во многих отношениях и раньше, чем мы думали", - говорит Ребекка Сакс, профессор мозга и когнитивных наук Джона В. Джарве, сотрудник Института исследования мозга Макговерна Массачусетского технологического института и старший автор нового исследования.
Используя функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), исследователи собрали полезные данные более чем у 50 младенцев, что намного больше, чем удавалось просканировать до этого любой исследовательской лаборатории. Это позволило им изучить зрительную кору младенцев таким образом, который до сих пор был невозможен.
"Это результат, который заставит многих людей пересмотреть свое понимание мозга младенца, начальной точки развития и самого развития", - говорит Хизер Косаковски, аспирантка Массачусетского технологического института и ведущий автор исследования, опубликованного сегодня в журнале Current Biology.
Более 20 лет назад Нэнси Канвишер, профессор когнитивной нейронауки Уолтер А. Розенблит в Массачусетском технологическом институте, с помощью фМРТ обнаружила фузиформную область лица: небольшую область зрительной коры, которая реагирует на лица гораздо сильнее, чем на любой другой вид визуального воздействия. С тех пор Канвишер и ее коллеги также выявили участки зрительной коры, реагирующие на тела (экстрастриатная зона тела, или EBA) и сцены (парагиппокампальная зона места, или PPA).
"Существует набор функционально очень отличительных областей, которые присутствуют в более или менее одинаковых местах практически у каждого взрослого человека", - говорит Канвишер, который также является сотрудником Центра мозга, разума и машин Массачусетского технологического института и автором нового исследования. "Это поднимает все вопросы о том, как развиваются эти области. Как они туда попадают, и как можно построить мозг, который имеет такую схожую структуру у каждого человека?"
Один из способов попытаться ответить на эти вопросы - изучить, когда эти высокоизбирательные области впервые развиваются в мозге. Давняя гипотеза гласит, что для того, чтобы эти области постепенно стали избирательными для своих конкретных целей, требуется несколько лет зрительного опыта. Ученые, изучающие зрительную кору головного мозга, обнаружили аналогичную избирательность у детей в возрасте 4-5 лет, но исследований детей младше этого возраста было мало.
В 2017 году Сакс и один из ее аспирантов, Бен Дин, сообщили о первом успешном применении фМРТ для изучения мозга бодрствующих младенцев. Это исследование, включавшее данные девяти младенцев, показало, что, хотя у младенцев есть области, реагирующие на лица и сцены, эти области еще не обладают высокой избирательностью. Например, фузиформная зона лица не показала сильного предпочтения человеческих лиц по сравнению с любым другим видом входного сигнала, включая человеческие тела или лица других животных.
В новом исследовании ученые хотели получить более качественные данные от большего количества детей. Они создали новый сканер, более удобный для младенцев, а также более мощный, с разрешением, аналогичным разрешению сканеров фМРТ, используемых для изучения мозга взрослых. Погрузившись в специализированный сканер вместе с родителем, младенцы смотрели видео, на которых были изображены лица, части тела, например, пинающиеся ноги или машущие руки, предметы, такие как игрушки, или природные сцены, например, горы.
В исследовании приняли участие около 90 младенцев, 52 из них получили пригодные для использования данные фМРТ, половина из которых предоставила данные более высокого разрешения, полученные с помощью новой катушки. Их анализ показал, что определенные области зрительной коры младенцев демонстрируют высоко избирательную реакцию на лица, части тела и естественные сцены, в тех же местах, где эти реакции наблюдаются в мозге взрослого человека. Однако избирательность на естественные сцены была не такой сильной, как на лица или части тела.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что представления ученых о том, как развивается мозг младенца, возможно, придется пересмотреть, чтобы учесть тот факт, что эти специализированные области начинают напоминать мозг взрослого человека раньше, чем кто-либо ожидал.
"Самое интересное в этих данных то, что они революционизируют наше понимание мозга младенца", - говорит Косаковски. "В области визуальной нейронауки было разработано множество теорий, которые учитывали мнение о том, что для появления этих специализированных областей необходимы годы развития. Мы же утверждаем, что на самом деле нет, вам нужно всего несколько месяцев"
В настоящее время исследователи продолжают анализировать данные, собранные для этого исследования, в надежде узнать больше о том, как происходит развитие фузиформной зоны лица у самых маленьких детей, которых они изучали, и у самых старших. Они также надеются провести новые эксперименты, изучающие другие аспекты познания, в том числе то, как мозг младенцев реагирует на язык и музыку.
