В США почти каждый визит к педиатру начинается с трех измерений: веса, роста и окружности головы. По сравнению со средними диаграммами роста детей по всей стране, созданными в 1970-х годах, количество детей может подтвердить типичное развитие или предоставить диагностический базовый уровень для оценки отклонений от кривой. Тем не менее, мозг, имеющий жизненно важное значение для развития ребенка, просто намекается в этих измерениях.
Окружность головы может указывать на проблему роста головы, которая может быть дополнительно исследована, чтобы определить, есть ли проблема с размером мозга или лишней жидкостью. Но теперь, в эпоху неинвазивного сканирования мозга, такого как магнитно-резонансная томография (МРТ), исследователи могут разработать диаграммы нормализованных кривых роста для мозга?
На этот вопрос намеревались ответить Стивен Шифф, профессор кафедры инженерии Университета Пенсильвании и его исследовательская группа из нескольких институтов. Они опубликовали свои результаты сегодня (9 июля) в Журнале нейрохирургии, педиатрии.
"Исследование размеров мозга также имеет очень неудачную историю, поскольку оно часто использовалось для попытки научно доказать, что один пол, раса или культура людей лучше, чем другие," сказал Шифф, также профессор инженерных наук и механики в инженерном колледже и нейрохирургии в медицинском колледже. "В этой статье мы обсуждаем исследования, проводившиеся около 150 лет назад, а затем смотрим, что на самом деле говорят нам данные современной когорты."
Исследователи проанализировали 1067 снимков мозга 505 здоровых детей в возрасте от 13 дней до 18 лет из репозитория педиатрических МРТ Национального института здоровья (NIH). Чтобы обеспечить репрезентативность выборки по полу, расе, социально-экономическому статусу и географическому положению, МРТ-сканирование проводилось последовательно в течение нескольких лет в больницах и медицинских школах в Калифорнии, Массачусетсе, Миссури, Огайо, Пенсильвании и Техасе. Чтобы гарантировать калиброванные результаты, один человек был выбран в качестве контроля и сканировался на каждом участке.
"Изучение размера и роста мозга имеет долгую и спорную историю – даже в эпоху МРТ исследования, определяющие нормальные модели роста объема мозга, часто включают небольшие размеры выборки, ограниченную технологию алгоритмов, неполный охват педиатрического возраста и другие проблемы," сказал первый автор Мэллори Р. Петерсон, студент штата Пенсильвания, который изучает степень доктора технических наук и механики в Инженерном колледже, а также степень доктора медицины в Медицинском колледже. Она получила степень бакалавра наук в области биомедицинской инженерии в Университете штата Пенсильвания в 2016 году. "Эти исследования также не рассматривали глубоко взаимосвязь между ростом головного мозга и спинномозговой жидкостью. В этом документе мы решаем обе эти проблемы."
По словам Шиффа и Петерсона, первым поразительным открытием стала разница в объеме мозга у детей мужского и женского пола. Даже после поправки на размер тела мужчины демонстрировали больший общий объем мозга, но конкретные структуры мозга не различались по размеру между полами, равно как и когнитивные способности.
"Ясно, что половые различия не учитывают интеллект – мы знали это давно, и это не говорит о другом," Шифф сказал. "Здесь важно то, что есть разница в том, как растет мозг детей мужского и женского пола. Когда вы диагностируете или лечите ребенка, нам нужно знать, когда мозг ребенка не растет нормально."
Второй вывод заключался в поразительном сходстве, а не различиях.
"Независимо от пола или размера ребенка, мы неожиданно обнаружили, что соотношение между размером мозга ребенка и объемом жидкости в голове – спинномозговой жидкости – было универсальным," Шифф сказал. "Эта жидкость плавает и защищает мозг, выполняя множество функций, когда течет через мозг. Хотя раньше мы не признавали этого жесткого нормального соотношения, именно это соотношение жидкости и мозга мы пытаемся регулировать, когда лечим детей от избытка жидкости в условиях гидроцефалии."
Исследователи планируют продолжить изучение соотношения и его потенциальных функций, а также лежащих в основе механизмов у детей и на протяжении всей жизни.
"Очевидная универсальная природа зависящего от возраста соотношения между мозгом и спинномозговой жидкостью, независимо от пола или размера тела, предполагает, что роль этого соотношения предлагает новые способы характеристики состояний, влияющих на детский мозг," Петерсон сказал.
По словам Шиффа, исследователи также разрешили давний спор относительно височной доли. После двухлетнего возраста левая часть этой структуры мозга, где обычно локализуется языковая функция, была явно больше правой на протяжении всего детства. Часть височной доли, называемая гиппокампом, которая может быть причиной эпилепсии, была больше справа, чем слева, поскольку она росла в детстве.
"Эти нормальные кривые роста для этих критических структур, часто участвующих в эпилепсии, помогут нам определить, когда эти структуры повреждены и меньше нормального для возраста," сказал Шифф.
По словам Шиффа, такой подход к нормальному развитию мозга в детстве может помочь исследователям понять, что нормальное явление возникает из-за чрезмерной потери объема на протяжении всей дальнейшей жизни.
"Пик объема мозга в период полового созревания," Шифф сказал. "Затем он уменьшается с возрастом и быстрее уменьшается у людей с определенными типами деменции. Если мы сможем лучше понять как рост мозга, так и соотношение мозга и жидкости в любом возрасте, мы сможем не только улучшить методы диагностики клинических состояний, но и то, как мы их лечим."