Складки мозга сохранили следы событий, произошедших ещё до рождения
Учёные обнаружили, что особенности формы извилин и борозд коры головного мозга могут сохранять следы процессов, происходивших ещё до рождения человека. Используя искусственный интеллект для анализа магнитно-резонансных изображений мозга, исследователи выявили связи между структурой коры и некоторыми факторами раннего развития, включая недоношенность и воздействие курения матери во время беременности.
Кора головного мозга человека имеет сложную систему извилин и борозд, которые увеличивают площадь поверхности мозга и позволяют разместить больше нервных клеток. Формирование этой структуры начинается ещё до рождения, особенно активно в последние месяцы беременности, и её общий рисунок после завершения развития остаётся относительно стабильным на протяжении жизни.
Исследователи разработали модель искусственного интеллекта под названием Champollion, которая анализирует трёхмерные МРТ-изображения мозга и изучает особенности складчатости коры. В отличие от традиционных методов, оценивающих отдельные параметры мозга, модель рассматривает общий рисунок извилин и борозд как единую сложную структуру.
Авторы проверили работу системы на больших наборах данных магнитно-резонансных исследований и сравнили особенности складчатости мозга с различными биологическими и медицинскими характеристиками людей. Анализ показал, что некоторые особенности формы коры связаны с факторами, которые действовали ещё во время внутриутробного развития.
Одной из обнаруженных связей стала недоношенность. Дети, родившиеся раньше срока, имеют отличающиеся траектории развития мозга, поскольку последние недели беременности являются важным периодом формирования коры. Исследователи обнаружили, что эти изменения могут отражаться в долгосрочной структуре складчатости мозга даже спустя годы после рождения.
Также модель выявила связь между особенностями коры и курением матери во время беременности. Это не означает прямую причинно-следственную связь для каждого отдельного человека, но показывает, что некоторые внешние воздействия в период формирования мозга могут оставлять измеримый структурный след.
Кроме того, искусственный интеллект обнаружил генетические связи, связанные с особенностями складчатости коры. По сравнению с традиционными морфометрическими методами новый подход выявил больше генетических ассоциаций, что указывает на сложное взаимодействие между наследственностью и развитием мозга.
Главная особенность работы заключается в том, что исследователи анализировали не отдельные области мозга, а общий архитектурный рисунок коры. Такой подход позволяет искать слабые сигналы, которые могут быть незаметны при изучении только одного участка или одного показателя.
При этом авторы подчёркивают, что складки мозга не являются прямой «записью событий» из прошлого. Они скорее представляют собой итог множества процессов — генетических программ, роста тканей, условий беременности и раннего развития. Поэтому обнаруженные связи показывают статистические закономерности, а не позволяют восстановить точную историю развития конкретного человека.
Новый метод может помочь лучше понять, как ранние факторы влияют на формирование мозга и почему некоторые люди имеют повышенный риск определённых неврологических или психических нарушений. В будущем подобные модели могут использоваться для изучения развития мозга при аутизме, нарушениях развития, последствиях преждевременного рождения и других состояниях.
Исследование также показывает возможности искусственного интеллекта в нейронауках. Вместо поиска одного конкретного признака алгоритмы могут анализировать сложные пространственные структуры мозга и находить скрытые закономерности, которые трудно обнаружить традиционными методами.
В дальнейшем учёные планируют проверить модель на ещё больших наборах данных и выяснить, какие именно механизмы связывают раннее развитие человека с долгосрочными особенностями строения коры головного мозга.
Исследование в виде препринта на arXiv.