Возрастные особенности основных блоков головного мозга человека

Характеризуя деятельность мозга в целом, исследователи, как правило, выделяют несколько структурных образований мозга –блоков – и рассматривают работу целого мозга, оперируя функциональными особенностями его основных блоков. Так, отдельно анализируется вклад в психическое функционирование глубоких (подкорковых) структур мозга, коры больших полушарий, ее «передних» и «задних» отделов, левого и правого полушарий. Каждый из блоков, по данным многих экспериментальных и клинических исследований, обеспечивает вполне определенные функции.

Известно, что в подкорковых структурах мозга локализованы центры, регулирующие жизнедеятельность организма. Кроме того, к их функциям относится обеспечение тонизирующих влияний на разные уровни ц.н.с., формирование биологических потребностей, побуждающих организм к действию (голод, жажда), а также эмоций, сигнализирующих об успехе или неудаче в удовлетворении этих потребностей.

Кора больших полушарии играет определяющую роль в обеспечении высших психических функций и самого сознания человека. В самом общем виде их «главная работа» — это прием и окончательная переработка ннформацнп и организация на этой основе сложных форм поведения; причем первая из этих функций связана преимущественно с деятельностью «задних» отделов коры, а вторая — с деятельностью «передних» отделов. Разные функции выполняют левое и правое полушария. Так, например, у праворукнх людей центры, управляющие ведущей правой рукой и речью, локализованы в левом полушарии. (Подробнее о функциях каждого из полушарий см. ниже.)

Три оси созревания

Первостепенное значение имеет проблема морфофункционального созревания указанных блоков и того, как это отражается на психологических возможностях каждого возраста. К анализу этой проблемы существуют разные подходы. Наиболее общий подход предлагает рассматривать психофизиологическое созревание в трех измерениях: вертикальном, переднезаднем и латеральном (боковом). Вертикальная ось характеризует динамику созревания в направлении от подкорковых структур к коре больших полушарий. Переднезадняя ось позволяет сопоставить динамику созревания «задних» и «передних» отделов коры. Латеральное измерение предусматривает анализ хронологии и эффектов созревания левого и правого полушария.

В соответствии с принципом гетерохронности развития каждое из этих измерений имеет собственную динамику психофизиологического созревания (СНОСКА: См.: Структурно-функциональная организация развивающегося мозга / Фарбер Д. Л.. Семенова Л. К., Алферова В. В. И др. — Л.. 1990). Однако мозг на всех этапах онтогенеза работает как целое, поэтому возрастные особенности его функционировании на каждой стадии следует рассматривать как результирующую разновременного созревания но трем перечисленным координатам.

Известно, что мозговое; обеспечение психических функций имеет системную организацию, в которой могут участвовать звенья, принадлежащие различным блокам мозга. Следовательно, исчерпывающий психофизиологический анализ должен включать совокупную оценку динамики созревания по всем трем координатам мозга — в вертикальном, горизонтальном и латеральном измерениях.

Вертикальная ось созревании

Созревание глубоких структ мозга

Наибольшая определенность в настоящее время существует в оценке психофизиологического созревания по вертикальной оси. Опережающее развитие в онтогенезе филогенетически древних подкорковых структур головного мозга закономерно, поскольку именно в этих структурах локализуются жизненно важные центры (дыхания, кровообращения, терморегуляции, регуляции циклов сна и бодрствования и т.д.), обеспечивающие возможности эффективной адаптации младенца к окружающей среде. Большинство из них, в отличие от коры больших полушарий, являются уже достаточно зрелыми к моменту рождения и завершают свое созревание в первые годы жизни ребенка. Опережающее созревание подкорковых структур по сравнению с корой мозга определяет особенности перцепции и моторики младенца.

Так, например, возможности зрительной перцепции младенцев зависят от уровня зрелости, во-первых, периферпческой части зрительного анализатора (реценторного звена), во-вторых, зрительных центров мозга в глубоких структурах и коре больших полушарий. На самых ранних этапах, в возрасте четырех—шести недель, обеспечение зрения младенцев происходит за счет активного участия периферических областей сетчатки, которые связаны со стволовыми структурами мозга. Этот уровень работы зрительной системы человека является эволюционно наиболее древним и создает условия для отражения самых необходимых параметров внешнего мира, обеспечивающих биологическую адаптацию. На его основе формируются эволюционно наиболее ранние, первичные для ориентировки в окружающей среде зрительные функции: восприятие движения и контраста. Такой тип восприятия обеспечивается подкорковыми структурами.

Второй период начинается с двухмесячного возраста. Он сопряжен с принципиальной перестройкой всей зрительной системы младенца. Новые условия для перцептивного развития создает созревание центральной части сетчатки (участка, обеспечивающего возможность детального видения) и связанный с этим переход к регуляции зрительных функций на более высоких уровнях работы зрительного анализатора, включая проекционную зону коры больших полушарий. У ребен ка появляется возможность выделять единичный объект, где главными параметрами становятся форма и цвет. Таким путем от грубой обобщенной оценки движения и пространства ребенок переходит к детализации и уточнению их особенностей. И это становится возможным благодаря активному включению коркового конца зрительного анализатора.

Итак, возникающая в возрасте двух месяцев способность младенца к детализованному зрительному анализу рассматривается как результат созревания «центральной ямки» сетчатки и функционирования корковых зрительных структур.

Как мы могли убедиться, вклад глубоких структур мозга в обеспечение поведения и психического развития ребенка в первые годы жизни весьма значителен.

Кортиколизация функций

Генеральной линией развития ц.н.с. ребенка в дальнейшем онтогенезе является так назьшаемая кортиколизация функций, т.е. постепенный перенос основных центров, регулирующих поведение и психику ребенка, в созревающую кору больших полушарий, нe исключено, что именно такая организация мозговых механизмов психики и поведения ответственна за то, что (как уже говорилось выше) показатели умственного развития детей первого года жизни, как правило, не коррелируют с показателями умственного развития тех же детей на более поздних этапах развития.

Кортиколизация функций подчиняется принципу разновременности развития, т.е. созревание отдельных участков коры больших полушарий происходит с разной скоростью и достигает окончательной стадии в разные периоды онтогенеза.

Передне-задняя ось созревания

В горизонтальном измерении, как правило, отдельно рассматривают динамику психофизиологического созревания таких блоков, как передние и задние отделы. Каждый из них, в свою очередь, состоит из более дробных высокодиф ференцнрованных частей, называемых зонами, или областями, коры. И для отделов, и для зон коры справедлив принцип гетерохронности развития, который проявляется в разных темпах роста и дифференцировки отдельных слоев коры и нервных клеток.

В идеале можно представить себе своеобразный «календарь» созревания отдельных зон коры мозга, которым оыло бы весьма заманчиво сопоставить с уже выделенными хронологическими последовательностями формирования познавательных и двигательных возможностей ребенка. Однако конкретных данных для этого недостаточно, хотя установлены некоторые общие тенденции и закономерности.

Рассмотрим основные из них.

Созревание задних отделов коры

Общепризнано, что задние отделы коры выполняют функции приема, хранения и переботки информации. Этим задачам подчинена структурная организация отдела. В него входят: первичные зоны (проекционные, анализаторные — зрительная, слуховая и т.д.), в которых ведется простейшая обработка внешних сигналов; вторичные зоны, в которых происходит более сложная обработка сигналов, в частности, сличение текущей информации с содержанием памяти; третичные зоны, в которых происходит окончательное завершение формирования образов на базе межсенсорного взаимодействия.

Установлено, что созревание идет от первичных проекционных зон к вторичным и от них к третичным ассоциативным зонам. Причем у младенцев в первый год жизни скорость роста коры во всех областях без исключения наиболее высока, но постепенно она замедляется, прекращаясь в проекционных зонах к трем годам, в ассоциативных — в семь лет. Таким образом, в возрастном интервале от трех до семи лет происходит интенсивное созревание вторичных и третичных зон коры больших полушарий, которое создает физиологические условия для возникновения психических новообразований.

Описанная направленность процессов созревания объясняет, во-первых, ограниченные познавательные возможности детей на ранних этапах развития, во-вторых, постепенный характер формирования механизмов познавательной деятельности ребенка.

Так, известно, что в развитии зрительного восприятия усвоение общепринятых эталонов и формирование системы сложных перцептивных действий приходится в основном на пять-шесть лет. Именно к этому возрасту достигают необходимой зрелости соответствующие ассоциативные зоны в заднем отделе коры больших полушарий. Поскольку сенсорноперцептивные функции приурочены в основном к задним отделам коры больших полушарий, можно говорить, что в горнзонтальиом измерении созревание идет от задних отделов мозга к передним.

Созревание передних отделов коры

Передние отделы коры больших полушарий в первую очередь, фронтальные зоны играют важнейшую роль в обеспечении аналитико-синтетнческой деятельности мозга, в построении программ поведения и контроле их исполнения. Фронтальные зоны мозга являются эволюционно наиболее молодыми образованиями и завершают свое созревание в самую последнюю очередь.

Фронтальные зоны мозга выполняют много разнообразных функций, и отдельные их участки, так называемые поля, имеют каждый свою.

В подростковом возрасте морфологическое созревание фронтальных зон мозга продолжается. Наряду с этим функциональные показатели, получаемые по электроэнцефалограмме, свидетельствуют о некоторых регрессивных изменениях в биоэлектрической активности мозга подростков. Эти изменения возникают в начальном периоде полового созревания вследствие возросшей активности ряда образований в глубоких структурах мозга, которые отвечают за эндокринную перестройку организма. На поведенческом уровне избыточная подкорковая активация может проявляться в повышенной возбудимости, эмоциональной неустойчивости подростка.

На заключительных этапах полового созревания регрессивные сдвиги в ЭЭГ подростков исчезают. К этому времени по морфологическим и функциональным критериям передние отделы мозга достигают состояния зрелости. Это рассматривается как физиологическое условие возникновения способностей к произвольной регуляции поведения и абстрактному мышлению.

Итак, по многочисленным данным, динамика морфофункционального созревания корковых зон хронологически коррелирует с возникновением соответствующих психических новообразований.

Одной из наиболее показательных является работа американского психолога С.Моргана, где сделана попытка сопоставить возрастную динамику морфофункционального созревания мозга и стадии интеллектуального развития, выделенные в теории Пиаже. Опираясь на исследования А.Р.Лурии, С.Морган выделяет пять стадий созревания мозга. Первую из них он связывает с созреванием блока глубоких структур мозга, ответственных за обеспечение активационных процессов коры больших полушарий. Этот блок морфологически и функционально оформляется в течение первого года жизни; его нормальное функционирование является обязательным условием полноценного интеллектуального развития. Вторая стадия связана с созреванием первичных проекционных зон (зрительной, слуховой, соматосенсорной и моторной). Эти зоны морфологически оформляются к моменту рождения и полностью функциональны уже в течение первого года жизни. Их полноценное функционирование создает условия для реализации сенсомоторной стадии развития. Третья стадия созревания осуществляется в периоде от двух до пяти лет. Она сопряжена с созреванием вторичных кортикальных областей; их полноценное функционирование создает условия для научения в пределах отдельных модальностей. В интеллектуальном развитии этот период соответствует дооперациональному периоду развития. Переход ребенка на стадию конкретных операций С.Морган связывает с созреванием ассоциативных третичных корковых зон в задних отделах коры '(в блоке приема, хранения и переработки информации). Последняя, пятая стадия созревания связана с достижением зрелости третичных зон блока программирования поведения — фронтальных зон. Наиболее интенсивно их созревание происходит в возрасте от шести до восьми лет, продолжается вплоть до двенадцати лет и создает условия для перехода на стадию формальных операций.

Несмотря на очевидную неполноту, данная модель привлекает своей целостностью и возможностью провести психофизиологический анализ на всем пути развития ребенка. Неполнота модели в первую очередь связана с тем, что она не учитывает эффекты созревания в латеральном измерении.

Литеральная ось созревания

Межполушарные отношения

Особого внимания требуют вопросы функциональиой асимметрии и возрастных особенностей межполушарного взаимодействия.

Известны две концепции, относящиеся к проблеме функциональной специализации полушарий в онтогенезе: эквипотенциальности полушарий и прогрессивной латерализации.

Первая предполагает изначальное равенство (эквипотенциальность) полушарий в отношении всех функций, в том числе и речевой. В пользу этой концепции говорят многочисленные данные о высокой пластичности ц.н.с. ребенка и взаимозаменяемости симметричных отделов мозга.

В соответствии со второй концепцией специализация полушарий существует уже с момента рождения. У праворукнх людей она проявляется в виде заранее запрограммированного свойства нервного субстратата левого полушария обнаруживать способность к развитию речевой функции и опреде лять деятельность ведущей руки. Действительно установлено, что уже у плода можно обнаружить проявления межполушарной асимметрии в строении будущих речевых зон.

Исследования, проведенные на детях первого года жизни, позволили обнаружить признаки функциональной неравнозначности полушарий к воздействию речевых стимулов и подтвердить концепцию исходной «речевой» специализации левого полушария у праворукнх.

Клиническая практика свидетельствует о высокой пластичности полушарий мозга на ранних стадиях развития, что, в первую очередь, проявляется в возможности восстановления речевых функций при локальных поражениях левого полушария — путем переноса центров речи из левого полушария в правое. Если по медицинским показаниям у младенцев удаляют левое полушарие, то развитие речи не прекращается и — более того — идет без видимых нарушений. Развитие речи у младенцев с удаленным левым полушарием оказывается возможным благодаря переносу центров речи в правое полушарие. В последующем стандартные тесты, оценивающие уровень вербального интеллекта, не выявляют существенных различий в вербальных способностях оперированных по сравнению со всеми остальными.

Относительно полное и эффективное замещение речевых функций оказывается возможным только в том случае, если оно началось на ранних стадиях развития, когда нервная система обладает высокой пластичностью. По мере созревания пластичность снижается и наступает период, когда замещение становится невозможным.

Несмотря на теоретические разногласия, все исследователи сходятся в одном: у детей, особенно в дошкольном возрасте, правое полушарие играет значительно большую роль в речевых процессах, чем у взрослых. Однако прогресс в речевом развитии связан с активным включением левого полушарня. По некоторым представлениям, речь играет рать пускового механизма для нормальной специализации полушарии. Если в должное время овладение рсчыо не происходит, области коры, в норме предназначенные для речи и связанных с ней способностей, могут претерпевать функциональное перерождение.

Гетерохронность созревния полушарий

Проблема разновременностн созревания полушарий не сводится только к возрастным особенностям речевого развития. Известно, что психофизиологические функции правого и левого полушарий существенно различаются. Эти различия могут быть сгруппированы по четырем основным направлениям: произвольность — непроизвольность, осознанность — неосознанность, последовательное развертывание процесса восприятия — одновременность восприятия полноты признаков, абстрактность — образность. При этом первое свойство в паре характеризует особенности левого, а второе — правого полушария. Кроме того, в силу некоторых морфологических особенностей в строении корково-подкорковых связей правое полушарие теснее связано с глубокими структурами мозга, отвечающими за эмоциональную окраску поведения.

Есть разные взгляды на возрастную динамику в формировании психофизиологических функций левого и правого полушарий. По некоторым из них, созревание правого полушария осуществляется более быстрыми темпами, и поэтому в ранний период развития его вклад в обеспечение психического функционирования превышает вклад левого полушария. Утверждается даже, что до девяти-десятн лет ребенок является существом правополушарным. Такая оценка не лишена некоторых оснований, поскольку соотносится с определенными особенностями психического развития детей в дошкольном, а отчасти и в младшем школьном возрасте. Действительно, для маленьких детей характерна непроизвольность, небольшая осознанность поведения; они очень эмоциональны; их познавательная деятельность имеет более непосредственный, целостный и образный характер.

Различия в темпах роста правого и левого полушарий, по-видимому, проявляются еще во внутриутробном периоде и могут быть связаны с действием полового гормона. Известно, что на шестой неделе внутриутробного развития у зародыша человека происходит специализация половых желез и у мужских зародышей начинается секреция мужского полового гормона — тестостерона. По некоторым данным, тестостерон влияет на скорость пренатального роста полушарий развивающегося мозга. Высокое содержание этого гормона в период внутриутробного развития замедляет рост левого полушария у мужского плода по сравнению с женским и способствует относительно большему развитию правого полушария у лиц мужского пола. Если представление о тормозящем влиянии тестостерона на развитие левого полушария в дальнейшем найдет подтверждение, то оно позволит объяснить возможные половые различия в асимметрии мозговых полушарий. Эти же факты дают основания еще для одного предположения. Не исключено, что опережающее развитие правого полушария, которое происходит под действием тестостерона, может быть одной из причин высоких пространственных и математических способностей, которые значительно чаще отмечаются у мужчин.

Специфические для каждого пола психофизиологические возможности, лежащие в основе некоторых сторон познавательного развития, также, по-видимому, зависят от особенностей созревания левого и правого полушарий.

Описанная выше разновременность в созревании полушарий и ее проявления в поведении и психике детей дают основание для критических замечаний в адрес системы образования, с самого начата ориентированной на развитие знаково-снмвольной функции мышления и не использующей возрастные особенности, связанные с опережающим развитием правополушарных функции. Как альтернатива может быть предложено активное использование возможностей правополушарного способа переработки информации, особенно в начальной школе.

Тем не менее преждевременно делать какие-либо окончательные выводы о возрастных изменениях в соотношении полушарий мозга. По мере совершенствования методов изучения появляются новые данные о возрастной динамике созревания зон левого и правого полушарий. По некоторым из них, оценка опережающего созревания того или иного полушария как целого, по-видимому, не столь однозначна. Отдельные зоны каждого полушария имеют собственную возрапную динамику созревания с независимыми периодами ускорения и разной скоростью созревания; при этом не исключено, что одни зоны созревают раньше в левом полушарии, другие — в правом.

Следует также постоянно иметь в виду, что ни в одном возрастном периоде полушария не функционируют изолированно друг от друга (либо правое, либо левое). В ранних возрастах в силу незрелости морфологических путей, связывающих оба полушария, они могут действовать относительно автономно. Однако по мере созревания межполутпарных связей все теснее становится их взаимодействие. В результате нарастающего обьедннения мозг «учится» работать как единое целое, и можно говорить лишь об относительном преобладании функций той или другой стороны.

Взятые в совокупности закономерности созревания головного мозга но трем основным измерениям представляют хронологическую последовательность возникновения физиологических условий психического развития ребенка.