В исследовании, появившемся в журнале Proceedings Национальной академии наук, использовалась функциональная ближняя инфракрасная визуализация (fNIRS) для мониторинга кровотока в мозге 95 подростков, родившихся и выросших в долине Салинас в Калифорнии, где производилось сельскохозяйственное распыление пестицидов на всем протяжении того периода, пока их матери были ими беременны.
По сравнению с их сверстниками, у подростков, которые, по оценкам, имели более высокие уровни пренатального воздействия фосфорорганических соединений, обнаруживалось изменение мозговой активности при выполнении задач, требующих самоконтроля.
«Эти результаты убедительны, потому что они подтверждают то, что мы видели во время нашего нейропсихологического тестирования, а именно то, что органофосфаты воздействуют на мозг», — говорит Шарон Сагив, адъюнкт-профессор эпидемиологии в Калифорнийском университете в Беркли и ведущий автор исследования.
Подростки были частью Центра оценки здоровья матерей и детей Салинаса (CHAMACOS) — продольного исследования, посвященного влиянию пестицидов и других токсинов окружающей среды на развитие ребенка. Оно была инициировано исследователями Калифорнийского университета в Беркли более 20 лет назад. Предыдущая работа CHAMACOS связывала внутриутробное воздействие фосфорорганических соединений с проблемами внимания и снижением IQ у детей.
В текущем исследовании исследователи использовали fNIRS для измерения активности мозга, в то время как подростки в возрасте от 15 до 17 лет занимались различными задачами, требующими организации процесса, внимания, социального понимания и понимания речи.
Метод fNIRS использует инфракрасное излучение для контроля кровотока во внешних областях или коре головного мозга. Он предоставляет информацию, аналогичную функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ), но требует только небольшого количества источников инфракрасного излучения, а не массивной трубки МРТ, что делает его более доступным и портативным методом для научных исследований.
Исследователи также использовали данные из Калифорнийской программы отчетности об использовании пестицидов, которая документирует, когда и где распыляются сельскохозяйственные пестициды, для оценки их близости к месту применения фосфорорганических соединений во время беременности.
Они обнаружили, что у подростков с более высоким пренатальным воздействием фосфорорганических соединений был изменен кровоток в лобной коре при выполнении заданий, которые требуют когнитивной гибкости и зрительной рабочей памяти, и что у них был усилен кровоток к теменной и височной долям во время тестов слухоречевой памяти.
«С помощью fNIRS и других нейровизуализаций мы видим более непосредственное потенциальное воздействие органофосфатов на мозг, и оно может быть более чувствительным к неврологическому дефициту, чем когнитивное тестирование», — сказала Бренда Эскенази, профессор Высшей школы Калифорнийского университета в Беркли и старший автор исследования.
Мало что известно о связи между воздействием пестицидов и мозгом, поэтому неясно, почему воздействие фосфорорганических соединений связано с более низкой мозговой активностью для некоторых задач и более высокой мозговой активностью для других.
«Однако подобные паттерны наблюдались и в других состояниях, влияющих на мозг, включая диабет 1-го типа, болезнь Паркинсона и Альцгеймера», — сказал Аллан Л. Рейсс, профессор психиатрии и поведенческих наук Говарда К. Роббинса и профессор радиологии в Стэнфордском университете.
«Мозг обладает замечательной способностью использовать компенсаторные механизмы для противодействия долгосрочным влияниям. Более высокая активация может представлять привлечение и использование дополнительных нейронных ресурсов для решения проблемы функциональной неэффективности, связанной с долговременным влиянием, а более низкая активность, следовательно, может быть связана с возможным отказом в наборе этих ресурсов после того, как продолжительное воздействие или заболевание истощали ресурсы мозга», — сказал Рейсс.
В будущем команда планирует повторить эксперименты по визуализации головного мозга на более чем 500 других участниках исследования CHAMACOS, чтобы проверить, существуют ли еще другие связи и проблемы, связанные с работой головного мозга и влиянием на него пестицидов.