Фрактальная морфометрия мозга новорожденного: новый взгляд на развитие нервной системы

Период новорожденности, охватывающий первые 28 суток постнатальной жизни, характеризуется интенсивным ростом и созреванием головного мозга. За столь короткое время формируется огромное количество межнейронных соединений, обеспечивающих функционирование базовых жизненных функций организма. Новое исследование группы ученых из Германии подтверждает особую значимость геометрических характеристик мозгового вещества в оценке ранних этапов созревания центральной нервной системы.

Основной целью исследования являлось изучение динамических изменений анатомической структуры мозга в течение первого месяца жизни, а именно оценка вклада формы и объема отдельных отделов мозга в процессы индивидуального нейрогенеза. Предыдущие научные изыскания концентрировали внимание главным образом на размерах мозга, тогда как настоящее исследование направлено на выяснение вопроса, содержит ли дополнительная информация о формах мозга клинически важные признаки здоровья и зрелости младенца.

Методы исследования

Ученые использовали магнитно-резонансную томографию (МРТ) почти 800 новорожденных, участвующих в проекте dHCP (Developing Human Connectome Project). Применяя метод фрактального анализа, команда смогла количественно охарактеризовать структурную сложность определенных участков мозга. Показатель, называемый фрактальной размерностью, отражает степень неровности поверхности коры головного мозга, что позволяет объективно оценивать уровень зрелости мозга.

Руководитель проекта д-р Стефани Краун подчеркнул, что именно характеристики формы мозга служат надежным показателем уровня зрелости нервной ткани, превосходя стандартные методы оценки, основанные лишь на объеме, толщине коры или числе извилин.

Помимо прочего, наблюдения показали, что мозговые структуры монозиготных близнецов демонстрируют большее сходство, чем у случайно выбранных индивидов, что предполагает сильное влияние наследственности на процесс формирования мозга.

Научные данные свидетельствуют о тесной связи фрактальной структуры мозга с основными детерминантами развития нервной системы, такими как гестационный возраст, продолжительность беременности и генетические факторы. Было показано, что чем меньше разница в возрасте плодов, тем ниже вариативность форм головного мозга. Ключевым открытием стало установление того факта, что форма мозга служит высокочувствительным параметром оценки текущих темпов созревания нервной системы, превосходя общепринятые критерии общего объема мозга.

Важно отметить, что экспериментальные данные подтвердили выраженную зависимость структуры мозга от генетических факторов, демонстрируя четкое совпадение конфигураций мозга у монозиготных близнецов.

Полученные результаты представляют собой значительный шаг вперед в понимании основ нормального и патологичного развития нервной системы у новорожденных. Они создают фундамент для дальнейших исследований и практических приложений, направленных на раннюю диагностику нарушений созревания мозга и своевременное выявление дефектов развития нервной системы. Использование инновационных подходов фрактального анализа обещает существенно расширить возможности врача в точной диагностике состояния развития мозга у отдельного пациента и разработать обоснованные стратегии коррекции.

Тем самым данная работа расширяет представления о взаимозависимости формы мозга и нервных процессов, предлагая новые подходы к профилактике и лечению неврологических расстройств, связанных с аномальным развитием мозга.

Источник: Stephan Krohn et al, Fractal analysis of brain shape formation predicts age and genetic similarity in human newborns, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02107-w