Меняет ли дополнительное образование ваш мозг?

Несмотря на предположения о положительном влиянии образования на структуру мозга, новые исследования показывают, что даже дополнительный год обучения в школе не оставляет долговременного следа в мозге.

Исследование: дополнительное образование не влияет на долгосрочную структуру мозга — зарегистрированный естественный эксперимент с участием тысяч человек. 

В недавнем исследовании, опубликованном в eLife, учёные сообщают, что дополнительный год обязательного обучения не приводит к каким-либо долгосрочным структурным изменениям в мозге по данным нейровизуализации. Эти наблюдения ставят под сомнение существующие теории, которые связывают продолжительность обучения с повышением устойчивости мозга.

Как образование влияет на структуру мозга?

Образование признано фундаментальным правом, которое даёт широкие социальные, экономические и когнитивные преимущества. Кроме того, получение высшего образования связано с улучшением здоровья, когнитивных способностей и структуры мозга.

Теории продолжительности жизни предполагают, что образование может вызывать долгосрочные структурные изменения в мозге. Исследования показывают, что у образованных людей в более позднем возрасте кора головного мозга толще, что может служить «резервом мозга» против последствий старения. Однако причинно-следственная связь неясна, поскольку такие факторы, как генетика, доход и окружающая среда, могут искажать результаты предыдущих исследований.

Об исследовании

В Соединённом Королевстве реформа «Повышение возраста окончания школы» (ROSLA) требовала, чтобы дети, родившиеся после 1 сентября 1957 года, оставались в школе до 16 лет, а не до 15, что создало чёткую возрастную границу для анализа. Используя обширные данные нейровизуализации из Британского биобанка, в котором приняли участие более 30 000 человек, исследователи оценили, привело ли обязательное дополнительное обучение к долгосрочным изменениям в структуре мозга.

Исследователи применили метод разрыва регрессии (RD), чтобы определить, влияет ли дополнительный год обучения на структуру мозга. Показатели мозга сравнивались у людей, родившихся до и после даты отсечения ROSLA. Также были получены показатели всего мозга, такие как толщина коры головного мозга, площадь поверхности, общий объём мозга, свойства белого вещества и региональные данные по 66 корковым и 18 подкорковым областям.

Для оценки локальных нейронных эффектов у примерно 5000 участников были измерены площадь поверхности и толщина коры головного мозга в 33 областях коры. Дальнейший анализ включал определение фрактальной анизотропии в 27 трактах белого вещества и объёма 18 подкорковых областей.

Результаты исследования

Несмотря на тщательный анализ данных, статистически значимых различий в структуре мозга между теми, кто страдал от ROSLA, и теми, кто не страдал, обнаружено не было. Тесты с плацебо подтвердили специфичность пороговых значений, а также учёт таких факторов, как размер головы, пол и дата сканирования.

В точке отсечения не наблюдалось скачков в показателях мозга, что говорит об отсутствии долгосрочного влияния дополнительного года обучения на нервную систему. Глобальные показатели мозга оставались неизменными в точке отсечения, включая общую площадь поверхности, толщину коры головного мозга, общий объём мозга, анизотропию белого вещества, гиперинтенсивность белого вещества и объём спинномозговой жидкости.

Эти результаты были стабильными в разных диапазонах пропускной способности и оставались неизменными даже после заполнения пропущенных данных, что указывает на отсутствие значительных структурных изменений в мозге, вызванных дополнительным годом обучения. Валидационные тесты подтвердили отсутствие признаков манипуляций с порогом ROSLA, что подтверждает причинно-следственные связи в дизайне RD.

Результаты, полученные с помощью плацебо, также не показали связи с ROSLA, что подтверждает достоверность теста. Анализ по отдельным областям коры головного мозга не выявил существенных изменений ни в одной из них, а также изменений в фрактальной анизотропии в волокнах белого вещества или подкорковых областях.

Байесовский анализ показал убедительные доказательства, подтверждающие нулевую гипотезу по всем глобальным показателям нейровизуализации, таким как общая площадь поверхности, толщина коры головного мозга и объём мозга. Эти результаты не изменились при изменении априорных распределений, что подтверждает результаты первоначального локально-линейного RD-анализа.

Увеличение периода наблюдения за участниками до пяти месяцев увеличило размер выборки и подтвердило нулевую гипотезу о том, что дополнительный год обучения не влияет на показатели работы мозга. Тесты с плацебо дополнительно подтвердили надёжность этого естественного эксперимента, не выявив никаких взаимосвязей.

Наблюдательный анализ выявил слабые доказательства положительной связи между уровнем образования и общей площадью поверхности мозга в выборке за один месяц. Однако расширение выборки до пяти месяцев значительно укрепило доказательства этой связи, а также связи между уровнем образования и объёмом спинномозговой жидкости. Другие показатели, такие как толщина коры головного мозга, обеспечили аналогичный уровень поддержки нулевой гипотезы как в причинно-следственном, так и в ассоциативном анализе.

Выводы

В целом, исследование не выявило никаких нейронных эффектов, ни глобальных, ни региональных, от дополнительного года обучения. Причинно-следственный и корреляционный анализы дали разные результаты, при этом наблюдаемые взаимосвязи указывают на чувствительность к взаимосвязям между мозгом и поведением, не подразумевая причинно-следственную связь.

Хотя краткосрочные нейронные эффекты от обучения не оценивались, текущее исследование показывает, что дополнительный год обучения может не привести к долгосрочным структурным изменениям в мозге, тем самым ставя под сомнение предположения о влиянии обучения на развитие нервной системы. 

Эти результаты указывают на то, что политика, направленная на улучшение когнитивных показателей, должна выходить за рамки простого увеличения продолжительности обучения и учитывать более широкие факторы, влияющие на здоровье мозга и когнитивные способности.

Ссылка на журнал: Джадд, Н., и Кивит, Р. (2024). Дополнительное образование не влияет на долгосрочную структуру мозга — заранее зарегистрированный естественный эксперимент с участием тысяч человек.