Jak pierwsze lata życia wpływają na rozwój mózgu?

Pod koniec lat 80. XX w., Hallam Hurt, neonatolog z Filadelfii, postanowiła zbadać, jakie zaburzenia rozwojowe u dzieci wywołuje narkomania ich matek. Badaniami objęto gospodarstwa domowe o niskich dochodach. Porównywano czterolatki z rodzin mających styczność z narkotykami, z tymi które wychowywały się wśród osób bez uzależnień. Badacze nie znaleźli istotnych różnic rozwojowych między obiema grupami dzieci. Natomiast okazało się, że wszystkie badane dzieci miały istotnie niższy iloraz inteligencji niż przeciętny dla populacji generalnej.

– Śliczne dzieciaki, ale z IQ na poziomie 82, 83 – mówi Hallam Hurt. – To było wstrząsające, przecież średnia wynosi 100. 

Wyniki sprawiły, że badacze zainteresowali się nie tym, co różniło obie grupy, ale tym, co je łączyło: dzieci rozwijały się w biedzie. Chcąc przyjrzeć się środowisku ich życia, naukowcy odwiedzili domy z kwestionariuszem. Sprawdzali czy są tam książki dla dzieci, odtwarzacz z dziecięcymi piosenkami, zabawki edukacyjne.

Notowali czy rodzice odzywają się do swoich pociech z czułością, czy cierpliwie odpowiadają na pytania, czy przytulają, całują, chwalą. Badania pokazują, że dzieci, którym w domu poświęca się więcej uwagi i troski, mają przeciętnie wyższy iloraz inteligencji. Te rozwijające się w środowisku bardziej stymulującym pod względem poznawczym radzą sobie lepiej z zadaniami językowymi. Z kolei te, które otaczane są większą czułością, lepiej rozwiązują zadania pamięciowe.

W 13. roku życia dzieci objęte badaniem miały wykonane obrazowanie mózgu metodą rezonansu magnetycznego. Uzyskane obrazy zestawili z tymi z okresu, gdy miały one cztery i osiem lat. Okazało się, że to, ile maluchy otrzymywały czułości w wieku lat czterech, jest silnie skorelowane z wielkością hipokampu (struktura w mózgu odpowiedzialna za pamięć) w wieku lat 13. Nie stwierdzono natomiast podobnego związku między ilością otrzymywanej czułości w wieku lat ośmiu a późniejszymi rozmiarami hipokampu. To pokazuje, jak ważne jest środowisko emocjonalne, w którym rozwija się dziecko od najmłodszych lat.

Wyniki tego badania, zwanego „studium filadelfijskim”, ogłoszono w 2010 r. Badanie należało do pierwszych, które jasno dowodziły, że przeżycia we wczesnym dzieciństwie wpływają na budowę rozwijającego się mózgu. Późniejsze potwierdziły związek między społeczno-ekonomiczną sytuacją rodziny niemowlęcia a rozwojem jego mózgu.

Choć niewiarygodne możliwości naszego mózgu są z góry (genetycznie) zaprogramowane, ich ujawnianie się i doskonalenie zależy już od bodźców zewnętrznych. Im więcej badacze dowiadują się o tym, w jaki sposób w tym krótkim czasie dzieci opanowują mowę, umiejętność liczenia i rozumienia emocji tym lepiej pojmują, jak niesamowitą „maszyną do uczenia się” jest niemowlęcy i dziecięcy mózg. Jego przyszłość jest – niemal dosłownie – w naszych rękach.

Rozwój mowy u niemowlaka: jak wygląda etap językowego rozwoju dzieci? 

To, że czynniki dziedziczne i środowiskowe (związane z wychowaniem) oddziałują łącznie, widać najwyraźniej w rozwoju mowy i kompetencji językowych. Jak wiele z tej umiejętności jest wrodzone, a ile wymaga nauki? Zgłosiłem się do Judit Gervain z Uniwersytetu Paryskiego im. Kartezjusza, specjalistki od neurobiologii i kognitywistyki. Spotykam się z nią na stopniach Dziecięcego Szpitala Klinicznego im. Roberta Debré w Paryżu, gdzie Gervain przygotowuje eksperyment z udziałem noworodków. Podążam za nią do sali w głębi korytarza oddziału położniczego. Pierwszy badany przyjeżdża na wózku owinięty w kocyk, za nim opiekuńczy tata. Asystent wsuwa dziecku na głowę czepek najeżony podobnymi do guzików czujnikami.

Doświadczenie ma polegać na tym, że mózg maleństwa będzie obrazowany za pomocą aparatury w trakcie odtwarzania różnych sekwencji dźwiękowych. Ale zanim doświadczenie się zaczęło, trzeba je zakończyć: noworodek wydaje z siebie serię wrzasków, dając do zrozumienia, że nie zależy mu na wniesieniu wkładu w rozwój nauki. Asystent ściąga czepek, tatuś przytula swoją kruszynkę. Po wyjściu ojca z dzieckiem Gervain wyjaśnia mi, że takie niepowodzenia się zdarzają. Na wózku wjeżdża kolejny noworodek (także w towarzystwie taty). Asystent powtarza czynności, ale tym razem badany niemowlak nawet nie mrugnie okiem. Przesypia całą procedurę.

Gervain i jej współpracownicy starają się w ten sposób sprawdzić rozwój mózgu oraz w jakim stopniu noworodki rozróżniają różne wzorce dźwiękowe. Metodą spektroskopii w bliskiej podczerwieni (NIRS) naukowcy obrazują stan mózgu niemowląt w czasie, gdy słyszą one różne następstwa dźwięków. Niektórym podaje się dźwięki z powtórzeniem, według schematu ABB, jak na przykład mu-ba-ba; inne słyszą schemat ABC, jak na przykład mu-ba-ge. 

Naukowcy ustalili, że okolice mózgu odpowiedzialne za mowę i przetwarzanie wrażeń słuchowych silniej reagowały na sekwencje dźwiękowe o schemacie ABB. W dalszych badaniach stwierdzono, że mózg noworodka jest w stanie rozróżnić sekwencje dźwiękowe o schemacie AAB od tych typu ABB. Nie dość, że zauważały powtórzenia, to jeszcze były wrażliwe na to, w którym miejscu sekwencji występują. Gervain jest bardzo podekscytowana wynikami badań rozwijającego się mózgu dziecka, bo kolejność dźwięków to podstawa, na której zbudowana jest gramatyka. 

– Pozycja informacji w sekwencji to klucz do języka – twierdzi. – To, czy coś jest na początku, czy na końcu, sprawia zasadniczą różnicę. Zdanie „Jan zabił niedźwiedzia” jest różne od zdania „Niedźwiedź zabił Jana”. [Warto zauważyć, że to twierdzenie Judit Gervain dotyczy wyłącznie języków pozycyjnych, jak angielszczyzna. W językach fleksyjnych, jak język polski, zdanie „Jan zabił niedźwiedzia” i „Niedźwiedzia zabił Jan”(i analogicznie) znaczą to samo, bo w polszczyźnie o znaczeniu decyduje nie szyk zdania, ale końcówki fleksyjne wyrazów [przyp. tłum.] 
Fakt, że rozwijający się mózg noworodka reaguje na sekwencje dźwięków, sugeruje, że algorytm nauki języka jest wbudowany w neuronową sieć, z którą dziecko przychodzi na świat. – Przez długie lata obowiązywał pogląd linearny. Uważano, że najpierw niemowlę uczy się pojedynczych dźwięków, potem rozumie wyrazy, a później grupy wyrazów – tłumaczy Gervain. – Z ostatnich badań wynika jednak, że niemal wszystko zaczyna się rozwijać od razu. Niemowlęta od początku uczą się reguł gramatyki.

Badania pod kierunkiem Angeli Friederici, neuropsycholog z Instytutu Kognitywistyki i Neurobiologii Maksa Plancka w Lipsku, potwierdziły, że tak się dzieje. To, że dziecko tak się rozwija dowiedziono w eksperymencie z udziałem czteromiesięcznych niemowląt z rodzin niemieckich, którym puszczano nagrania obcego języka. Dzieci najpierw słyszały serię zdań po włosku, które miały dwa typy budowy: „Brat umie śpiewać” i „Siostra śpiewa”. Po trzech minutach dzieci słyszały inny zestaw zdań włoskich, wśród których były zdania gramatycznie niepoprawnie. W tej fazie eksperymentu naukowcy monitorowali aktywność mózgu niemowląt za pomocą elektrod umieszczonych na skórze głowy. W pierwszej rundzie dzieci reagowały w zbliżony sposób na zdania poprawne i niepoprawne. Ale po kilku rundach treningu dzieci wykazywały różne wzorce aktywności mózgu, gdy słyszały konstrukcje błędne. Wyglądało na to, że już po kwadransie słuchania przyswajały sobie, co jest poprawne.

– Musiały się w jakiś sposób tego nauczyć, choć nie rozumiały znaczenia zdań – przekonuje Friederici. – To jeszcze nie jest składnia. To zakodowana fonologicznie regularność.

Naukowcy wykazali, że dzieci dwuipółletnie potrafią na tyle dużo, że poprawiają błędy gramatyczne popełniane przez kukiełki. W wieku trzech lat większość dzieci ma już opanowaną znaczną liczbę reguł gramatycznych. Ich słownictwo pączkuje. Rozwój dziecięcych zdolności językowych przychodzi wtedy, gdy tworzą się nowe połączenia między neuronami, co sprawia, że mowa może być przetwarzana na różnych poziomach: dźwięku, znaczenia i składni. Naukowcy nie poznali jeszcze precyzyjnie marszruty, jaką dziecięcy mózg podąża ku lingwistycznej płynności.