Filar złożonej struktury hierarchicznej sieci neuronowych charakterystycznej dla mózgu dorosłego człowieka istnieje już u trzydziestotygodniowego płodu, a w kolejnych tygodniach ciąży zostają uzupełnione połączenia nerwowe pomiędzy tymi, swego rodzaju, „autostradami” wewnątrzmózgowej komunikacji i resztą mózgu. Przedwczesny poród może spowodować jednak anomalie we wspomnianej drugiej fazie rozwoju sieci neuronowych.
Rozległa pajęczyna dróg komunikacyjnych pomiędzy różnymi okolicami mózgu osiąga pełen rozwój w trzydziestym tygodniu życia płodu, a w kolejnych tygodniach rozwijają się połączenia nerwowe pomiędzy tą newralgiczną infrastrukturą i pozostałymi obszarami mózgu. Dowód na to, iż integracja głównych węzłów połączeniowych kory mózgowej jest ukończona na długo przed ich przebudową, której ulega ogólnie łączność neuronowa po porodzie, dostarczyli naukowcy z King’s College w Londynie, którzy przeprowadzili badanie polegające na zeskanowaniu za pomocą rezonansu magnetycznego z dyfuzyjnym obrazowaniem widmowym (ang. diffusion spectrum imaging – DSI) mózgu 63 noworodków (w tym 17 urodzonych w terminie i 46 wcześniaków).
Wyjątkowe zdolności poznawcze ssaków, a unikalne człowieka, opierają się na niezwykle wysokim poziomie łączności pomiędzy wieloma różnymi obszarami mózgu. Osiągniecie tak doskonałej łączności zawdzięczamy – w ramach dopuszczalnych limitów – objętości i zużyciu energii w naszym mózgu, który, choć stanowi tylko ok. 2% masy ciała, zużywa ok. 20% zapotrzebowania na energię. Hierarchiczna struktura połączeń nerwowych w mózgu człowieka wykształciła się w wyniku ewolucji. Na jej szczycie znajdują się neurony niesłychanie bogate w połączenia bezpośrednie zarówno z innymi neuronami bardzo dobrze skomunikowanymi, jak i z neuronami drugiego poziomu, połączonymi w mniejszym stopniu. Neurony bogate w połączenia bezpośrednie, bardzo kosztowne z punktu widzenia zużycia energii, stanowią prawdziwe „huby” umożliwiające skuteczną wymianę sygnałów pomiędzy wszystkimi obszarami mózgu.
Gareth Ball i jego koledzy, dzięki badaniu, opisanemu i opublikowanemu na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences, po raz pierwszy określili czas rozwoju tej zorganizowanej struktury u człowieka, począwszy od dwudziestego czwartego tygodnia życia płodu. Wykazali oni, że system połączeń między neuronami charakteryzującymi się komunikacją na wysokim poziomie, stabilizuje się w trzydziestym tygodniu życia płodu, a w późniejszym okresie, tj. do czterdziestego tygodnia ciąży (w przypadku terminowego porodu) następuje rozrost połączeń przede wszystkim pomiędzy głównymi węzłami połączeń, a pozostałą częścią mózgu.
Ukształtowanie się zorganizowanej struktury neuronów bogatych w bezpośrednie połączenia na długo przed terminowym czasem porodu – piszą autorzy artykułu – zapewnia fundament do późniejszego rozwoju złożonych funkcji neurologicznych również u wcześniaków. Niemniej, wczesne wystawienie płodu na środowisko pozamaciczne wiąże się ze zmianą architektury sieci neuronowej zarówno w zakresie łączności na bliską odległość między korowymi i podkorowymi okolicami mózgu, jak i między różnymi, sąsiadującymi ze sobą, obszarami korowymi.
Źródło: Proceedings of the National Academy of Sciences
Grafika: Human Connectome Project
