Bieda niszczy mózg. Badania z pogranicza neurobiologii i nauk społecznych

W Sekcji Archeo w pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Dorastanie w niedostatku wiąże się nie tylko z odebraniem około miliardowi dzieci i nastolatków na świecie szans na zaspokojenie ich podstawowych potrzeb materialnych. Ubóstwo zwiększa ryzyko, że mózg młodego człowieka nie przejdzie prawidłowo wszystkich etapów rozwoju, aby finalnie stać się niemal półtorakilogramowym cudem natury zdolnym do tworzenia symfonii albo rozwiązywania równań różniczkowych.

Dzieci żyjące w ubóstwie na ogół gorzej wypadają podczas testów na inteligencję i rozumienie tekstu, a także w innych sprawdzianach. Rzadziej kończą szkoły średnie, rzadziej też zdają na studia wyższe i otrzymują tytuły licencjata lub magistra. Z kolei jako dorośli częściej żyją w biedzie, pracując poniżej kwalifikacji. Korelacje te nie są nowe, jednak aż do ostatniej dekady wiedzieliśmy bardzo mało na temat tego, jak trudy życia w ubóstwie wpływają na rozwijający się dopiero młody mózg.

Moje laboratorium, wraz z kilkoma innymi, zainicjowało badania dotyczące zależności pomiędzy statusem społeczno-ekonomicznym rodziny (SES, socioeconomic status) – miarą uwzględniającą dochody rodziców, ich poziom edukacji i prestiż wykonywanego przez nich zawodu – a zdrowiem młodego mózgu. Odkryliśmy, że upośledzenie społeczno-ekonomiczne wiąże się z pojawieniem się wyraźnych różnic w wielkości, kształcie i funkcjonowaniu tego narządu.

Kiedy zdaliśmy sobie sprawę, że ubóstwo może potencjalnie hamować normalny rozwoju mózgu, doszliśmy do wniosku, że być może istnieje prosty sposób na złagodzenie tego niekorzystnego zjawiska. Chcemy zobaczyć, jak na rozwój mózgu młodego człowieka wpłynie fakt przekazywania jego ubogim rodzicom dość skromnego stypendium pieniężnego. Jeśli wynik będzie pozytywny, następny krok mógłby polegać na wytyczeniu prostej drogi wiodącej od odkryć neurobiologii ku nowej polityce społecznej.

W poszukiwaniu odpowiedzi

Zaczynałam te badania 15 lat temu jako magistrantka na University of Pennsylvania. Moją opiekunką naukową była Martha Farah, która w owym czasie postanowiła dowiedzieć się więcej na temat tego, jak bieda wpływa na wczesny rozwój mózgu. Miałam szczęście, bo poprosiła mnie, abym jako pierwsza z jej studentów zajęła się tą kwestią.

Projekt wymagał uważnego zastanowienia się nad wyborem metod badawczych. Te najbardziej efektowne techniki wiążą się z obrazowaniem mózgu. Takie analizy są bardzo atrakcyjne naukowo, ale też bardzo drogie: pojedynczy skan kosztuje zwykle setki dolarów, do czego trzeba doliczyć koszt pracy asystentów naukowych analizujących dane.

Ponieważ problem, którym postanowiliśmy się zająć, nie był wcześniej szczegółowo zgłębiany, stwierdziliśmy, że lepiej będzie poszukać metod nieskomplikowanych i tanich, aby można było objąć badaniami jak najwięcej osób. Zdecydowaliśmy się na najprostsze rozwiązanie, czyli wykorzystanie standardowych metod pomiaru zdolności poznawczych ludzi. Uznaliśmy, że inaczej niż we wcześniejszych badaniach zajmujących się podobnymi kwestiami, my nie będziemy się opierali na takich popularnych, lecz ogólnych miarach sukcesu edukacyjnego ucznia, jak choćby ukończenie szkoły średniej. Nie ma bowiem konkretnego fragmentu mózgu odpowiedzialnego za osiągnięcia szkolne. Wygląda to raczej tak, że rozmaite struktury mózgowe są zaangażowane w konkretne umiejętności poznawcze, często mające kluczowe znaczenie w osiąganiu sukcesów osobistych i zawodowych. Na przykład, wiemy od dawna, że gdy człowiek doznaje udaru lub uszkodzeń w regionie mózgu znajdującym się po lewej stronie zwanym ośrodkiem Wernickego, wówczas zaczyna mieć kłopoty z rozumieniem mowy. Dzięki obrazowaniu mózgu badacze dowiedzieli się, że zdrowi ludzie używają tego samego obszaru mózgu, gdy słuchają osoby, która do nich mówi. Na podstawie takich badań naukowcy doszli do wniosku, że zdrowa osoba zawsze korzysta z tego regionu mózgu, gdy uczestniczy w zadaniu polegającym na słuchaniu i rozumieniu mowy. Nie trzeba za każdym razem wykonywać skanu mózgu, aby się o tym przekonać.

Ta droga rozumowania doprowadziła nas do wniosku, że jeśli chcemy ocenić, na przykład, umiejętności komunikacyjne dzieci, wcale nie musimy wykonywać obrazów ich mózgów za pomocą drogiej, skomplikowanej aparatury. Wystarczy, że sięgniemy po profesjonalne, powszechnie uznane testy psychologiczne. Pytanie, które sobie zadaliśmy, rozpoczynając nasze testy, brzmiało: w jaki sposób dysproporcje społeczno-ekonomiczne pomiędzy rodzinami mogą wpływać na rozwój mózgu u dzieci?

Dla potrzeb naszych badań zrekrutowaliśmy kilka grup rodzin o zróżnicowanym statusie społeczno-ekonomicznym i z dziećmi w różnym wieku – od przedszkolaków po dorastającą młodzież. Następnie zaaplikowaliśmy wszystkim nieletnim testy zdolności poznawczych, które dla nas były miernikami integralności różnych obwodów mózgowych. Otrzymane wyniki okazały się nadzwyczaj zgodne z różnymi wcześniejszymi badaniami. Generalnie dzieci pochodzące z ubogich domów wypadały gorzej w zadaniach sprawdzających ich zdolności komunikacyjne i pamięciowe oraz umiejętność samokontroli i skupienia uwagi.

W niektórych momentach zarówno nasz zespół, jak i inne grupy prowadzące podobne badania, sięgał po zaawansowane techniki obrazowania pracy mózgu. Było to konieczne do sprawdzenia, czy istnieje związek między SES rodziny a rozmiarami i wyglądem tych kluczowych obszarów młodego mózgu, które są zaangażowane w wyższe procesy poznawcze. Cztery niezależnie pracujące zespoły stwierdziły to samo: dzieci rodziców o wyższych dochodach mają zwykle większy hipokamp – strukturę ulokowaną głęboko w mózgu pełniącą kluczową rolę w formowaniu pamięci. Inni badacze skoncentrowali się na rozmiarach i kształcie kory mózgowej. Były też wcześniejsze badania, których autorzy szukali związków między SES a objętością kory mózgowej.

Aby zrozumieć, co w tym przypadku kryje się pod określeniem „objętość”, wyobraźcie sobie, że kora mózgowa przypomina konserwę wypełnioną zupą. Możemy łatwo obliczyć ilość zupy, mnożąc wysokość puszki, czyli grubość kory mózgowej, przez powierzchnię jej podstawy puszki.

Takie pomiary muszą być wykonywane bardzo ostrożnie. Łatwo jest popełnić błąd, ponieważ ta sama objętość kory może wynikać z jej dużej powierzchni i małej grubości albo z dużej grubości przy małej powierzchni. Grubość kory mózgowej zazwyczaj zmniejsza się z wiekiem – nasza hipotetyczna puszka zupy może się znacznie obniżyć, osiągając rozmiary konserwy z tuńczykiem. Zarazem jednak powierzchnia kory powiększa się z upływem lat – jakbyśmy zaczynali od małej konserwy przecieru pomidorowego, a kończyli na szerokiej konserwie rybnej.

Korzystając z komputerowych narzędzi pomiarowych, sprawdziliśmy, czy dysproporcje społeczno-ekonomiczne mogą wpływać na grubość i powierzchnię kory mózgowej. W największym dotąd takim badaniu, opublikowanym w 2015 roku w Nature Neuroscience, dokonaliśmy analizy struktur mózgowych 1099 dzieci i nastolatków z rodzin o różnym SES mieszkających w 10 miejscach w USA. Stwierdziliśmy, że zarówno poziom wykształcenia rodziców, jak i ich dochody mają wpływ na powierzchnię kory mózgowej. Dzieci z rodzin o rocznych dochodach poniżej 25 000 dolarów miały przeciętnie o 6% mniejszą powierzchnię kory niż dzieci z rodzin o dochodach powyżej 150 000 dolarów. Zależność ta ujawniała się w obrębie niemal całego mózgu, ale szczególnie wyraźnie była widoczna w tych regionach, które kontrolują procesy komunikacji werbalnej oraz rządzą samokontrolą i zdolnością do panowania nad impulsami – umiejętnościami, które jak się wielokrotnie okazało, mają bardzo wyraźny związek ze statusem społeczno-ekonomicznym rodziny.

W analizach braliśmy pod uwagę kilka kluczowych zmiennych. Po pierwsze, zbadaliśmy dla każdej osoby jej genetyczne korzenie w odniesieniu do sześciu głównych populacji (afrykańska, środkowoazjatycka, wschodnioazjatycka, europejska, rdzennie amerykańska oraz pacyficzna). Na podstawie tych danych stwierdziliśmy, że społeczno-ekonomiczne dysproporcje obserwowane przez nas w strukturze mózgu były niezależne od genetycznie zdefiniowanej rasy.

Obserwowaliśmy za to olbrzymie różnice pomiędzy konkretnymi ludźmi. Na przykład, niektóre dzieci i nastolatki z rodzin ekonomicznie i społecznie poszkodowanych miały większą powierzchnię kory mózgowej, a niektóre dzieci z rodzin uprzywilejowanych mniejszą. To sytuacja dość podobna do tej, gdy analizujemy zależność pomiędzy płcią dzieci a ich wzrostem. Wśród uczniów szkół podstawowych chłopcy są na ogół wyżsi od dziewcząt, ale w każdej klasie znajdziemy kilka dziewcząt wyższych od niektórych chłopców. Mając to na względzie, możemy skonstatować, że choć dzieci z rodzin o wyższych dochodach mają na ogół większą powierzchnię mózgu, to same tylko dochody rodziny nie powiedzą nam, jaką powierzchnię kory mózgowej ma konkretne dziecko.

Zależność pomiędzy dochodami rodziny a powierzchnią mózgu dziecka była najsilniejsza na najniższym szczeblu drabiny dochodowej, a następnie szybko zmniejszała się w wyższych przedziałach dochodowych. Inaczej mówiąc, różnice w dochodach rodzin przekładały się na proporcjonalnie większe różnice w strukturze mózgu dzieci przede wszystkim wśród najuboższych.

W innych badaniach zajęliśmy się społeczno-ekonomicznymi uwarunkowaniami dysproporcji w grubości kory mózgowej. Generalnie grubość kory zmniejsza się z wiekiem. Jednak nasze badania pokazały, że status społeczno-ekonomiczny rodziny może wpływać na przebieg tego procesu. Przy niższym SES rodziny grubość kory mózgowej dziecka zaczyna się wyraźnie zmniejszać już we wczesnym okresie, a w miarę dorastania trend ten zanika. Natomiast kiedy SES rodziny jest wyższy, wówczas grubość kory mózgowej dziecka zmniejsza się stopniowo dopiero pod koniec okresu dorastania.

Ustalenia te pozostają w zgodzie z wynikami prac innych zespołów naukowych sugerujących, że niedogodne warunki mogą w niektórych przypadkach przyspieszać dojrzewanie mózgu. Szybka i wczesna redukcja grubości kory może oznaczać, że mózgi wielu dzieci z ubogich rodzin tracą wcześnie „plastyczność”, czyli zdolność do zmiany swojej struktury, dzięki której dorastający mózg może się intensywnie uczyć w dzieciństwie i w wieku dorastania.

Jedno z najważniejszych pytań, na które chcieliśmy znaleźć odpowiedź, dotyczyło oczywiście tego, czy różnice w strukturze mózgu wpływają na zdolności poznawcze. Dysproporcje w powierzchni mózgu, które my dostrzegliśmy, w części potwierdzały, jak się wydaje, wcześniejsze konkluzje innych badaczy, według których dzieci z rodzin o wyższych dochodach potrafiły lepiej skupić się na wykonywaniu zadań i rzadziej udzielały niewłaściwych odpowiedzi. Seth Pollak z University of Wisconsin–Madison i niezależnie John Gabrieli z Massachusetts Institute of Technology w swoich pracach wykazywali, że różnice w strukturze mózgu (objętości lub grubości kory) są w 15–44% odpowiedzialne za gorsze wyniki szkolne nastolatków pochodzących z domów o niskich dochodach.

Wszystko to są bardzo frapujące badania, ale wciąż znajdują się one w zarodku. Nadal nie wiemy, skąd bierze się zależność między SES a rozwojem mózgu dziecka. Czy odpowiada za to sposób odżywiania, miejsce zamieszkania, jakość szkoły, styl wychowania, poziom stresu w rodzinie, a może mamy do czynienia z kombinacją kilku czynników? Czy w ogóle powinniśmy być pewni, że wszystkie te dysproporcje można tłumaczyć doświadczeniami życiowymi? A może kluczową rolę odgrywają geny?

Na razie tylko kilku badaczy zmierzyło się z tymi pytaniami. Joan Luby i jej koledzy z Washington University w St. Louis przedstawili ostatnio dowody wskazujące, że różnice dochodowe przekładające się na strukturę dziecięcych mózgów mogą mieć związek z odmiennościami w stylu wychowania oraz z regularnym doświadczaniem stresujących zdarzeń przez nieletnich członków rodziny. Mniej wspierający, raczej wrogo nastawieni rodzice wpływają negatywnie na rozwój mózgu swojego dziecka – w przypadku wspomnianych badań objawia się to mniejszym hipokampem. W moim laboratorium próbujemy zbadać, w jaki sposób stres w rodzinie oraz brak komunikacji werbalnej pomiędzy jej członkami mogą prowadzić do tak negatywnych skutków.

Kolejne czekające na odpowiedź pytanie dotyczy tego, czy trudności, jakich ubogie dzieci doświadczają od wczesnych lat, są raczej związane z ich życiem płodowym, czy też ze złymi warunkami w rodzinie już po ich przyjściu na świat. Nasz zespół przedstawił niedawno wyniki badań pokazujących, że w pierwszych czterech dniach po urodzeniu funkcje mózgu dziecka nie mają żadnego związku z dochodami i wykształceniem rodziców. A zatem bliższy rzeczywistości wydaje się pogląd, że społeczno-ekonomiczne odmienności w strukturze mózgu dziecko biorą się z późniejszych uwarunkowań. Wyniki tej akurat pracy trzeba jeszcze zweryfikować, ponieważ badaniami objęto tylko 66 rodzin, co jest relatywnie małą próbą. Jednak ustalenia kilku innych zespołów sugerują, że różnice pomiędzy dziećmi dotyczące struktury i funkcji mózgu pojawiają się dopiero pod koniec pierwszego roku życia.

Nie mamy jeszcze danych pozwalających wytłumaczyć, w jaki dokładnie sposób różnice dotyczące warunków społecznych i ekonomicznych przekładają się na dojrzewanie dziecięcego mózgu. Rozszyfrowanie powiązań pomiędzy SES, doświadczeniami z wczesnego dzieciństwa a rozwojem mózgu pozostanie naszym priorytetem badawczym.

Korelacja nie oznacza zależności

Chociaż dziesiątki prac dostarczyły licznych dowodów na istnienie zależności pomiędzy dochodami rodziny a prawidłowym rozwojem mózgu dzieci, tego typu badania powinny być oparte na solidniejszej podstawie. Często przytaczane stwierdzenie „korelacja nie oznacza zależności” wskazuje na główny dylemat badawczy: czy dorastanie w rodzinie poszkodowanej społeczno-ekonomicznie prowadzi do odmiennego rozwoju mózgu, czy też istnieje jakaś odrębna droga rozwojowa mózgu, która sprawia, że dziecko nie radzi sobie w szkole, a potem w pracy?

Neurobiologia milczy w kwestii przyczynowości. Aby wykonać właściwy test zależności przyczynowo-skutkowych, musielibyśmy się odwołać do złotego standardu metodologii badań naukowych: losowego eksperymentu kontrolnego, w którym jedna losowo dobrana grupa otrzymuje „terapię”, a druga grupa, również losowo wybrana, jest grupą kontrolną.

W takich badaniach, jak nasze, zespół naukowy potrzebowałby, na przykład, ocenić, jakiego rodzaju interwencja najskuteczniej zredukowałaby dysproporcje społeczno-ekonomiczne. Niektóre szkoły i domowe programy interwencyjne, takie jak Head Start, już dziś próbują zmniejszyć rozbieżności rozwojowe u dzieci. Wysiłki te często okazują się skuteczne, jednak wyzwania przytłaczają: interwencje na najwyższym poziomie profesjonalnym są drogie, trudne do przeprowadzenia w dużej skali i na dodatek wrażliwe na „wygaszanie”, co oznacza, że pozytywne efekty zanikają, jeśli dzieci przestają otrzymywać wsparcie.

Biorąc pod uwagę powyższe trudności, postanowiliśmy rozważyć znacznie prostszą metodę interwencji – łatwą do przeprowadzenia i taką, która znalazłaby powszechną akceptację. Badanie, które przygotowaliśmy, ma sprawdzić, jak na rozwój mózgu dzieci wpłynie wspieranie rodzin bezpośrednimi dotacjami pieniężnymi. Transfer gotówki, w przeciwieństwie do systemu poradnictwa, opieki nad dziećmi i innych usług publicznych, może zachęcić rodziny do podejmowania takich decyzji finansowych, które one same uznają za najlepsze dla nich i dla dzieci. Badania prowadzone zarówno w USA, jak i w krajach mniej zamożnych, wskazują, że takie bezpośrednie wsparcie może przynieść pożądany efekt. Idea uniwersalnego dochodu podstawowego wzbudza coraz większe zainteresowanie, a pilotażowe projekty są realizowane przez kilka rządów i organizacji charytatywnych.

W żadnym z takich projektów nie mierzono, jak dotąd wpływu bezpośredniego dotowania rodzin na rozwój mózgu dziecka. Niedawno powołaliśmy do życia zespół ekspertów z nauk społecznych i nauk neurobiologicznych, który zajmie się tą kwestią. Moimi partnerami są ekonomista Greg Duncan z University of California w Irvine, psycholodzy rozwojowi Katherine Magnuson z University of Wisconsin–Madison i Hirokazu Yoshikawa z New York University oraz ekonomistka Lisa Gennetian of N.Y.U. Zbieramy fundusze potrzebne do zainicjowania pierwszego eksperymentu na próbie losowej, który sprawdzałby zależności przyczynowo-skutkowe łączące ograniczenie ubóstwa w rodzinie z rozwojem mózgu dziecka. Cel nasz jest ambitny, choć założenia pomysłu są proste. Chcemy zacząć od zrekrutowania do badań tysiąca amerykańskich matek o niskich dochodach, które właśnie urodziły dziecko. Zostaną ona wybrane losowo albo do grupy osób, które będą otrzymywały dotację miesięczną w wysokości 333 dolarów, albo do grupy, której członkowie dostaną co miesiąc tylko 20 dolarów.

Fundusze będą przekazywane na specjalną kartę debetową tym matkom, które podpiszą zgodę na przystąpienie do projektu już w szpitalu, w którym urodziły dziecko. Nie narzucamy żadnych ograniczeń w sposobie wydawania pieniędzy. Zamierzamy monitorować rodziny przez pierwsze trzy lata życia dzieci. Zakładamy, że tyle wystarczy, aby ocenić wpływ wsparcia finansowego na rozwój ich mózgu i zdolności poznawczych.

Będziemy też uważnie monitorowali rozmaite aspekty życia rodzin, w tym poziom stresu, jakość relacji międzyludzkich oraz sposób wydawania przekazanych funduszy. Wyniki jednorocznego testu pilotażowego z udziałem 30 matek o niskim dochodzie sugerują, że nasz pomysł jest wykonalny i że karta debetowa to sensowny sposób dystrybuowania dotacji dla matek.

Stawiamy hipotezę, że zwiększone dochody wywołają kaskadę pozytywnych efektów w subsydiowanych rodzinach. Zakładamy, że kiedy dzieci wyrosną z okresu wczesnego dzieciństwa, okaże się, że pod względem rozwoju zdolności poznawczych nie odstają od dzieci z rodzin o wyższych dochodach.

Jeśli okaże się, że mamy rację, nasz eksperyment może przyczynić się do takich zmian w polityce społecznej, które odmienią życie milionów zubożałych rodzin z małymi dziećmi. Sądzimy, że takie zmiany można uruchomić za pośrednictwem nieskomplikowanej infrastruktury rządowej. Chociaż dochód rodziny nie jest zapewne jedynym czynnikiem determinującym poznawczy rozwój dziecka, to zmiana tego właśnie czynnika może być najprostsza do przeprowadzenia.