Адным з самых загадкавых і не да канца разгаданых "з'яў" з'яўляецца мозг чалавека. Вакол гэтага складанага органа круціцца мноства пытанняў: чаму мы бачым сны, як эмоцыі ўплываюць на прыняцце рашэнняў, якія нервовыя клеткі адказваюць за ўспрыманне святла і гуку, чаму адным падабаюцца шпроты, а іншыя любяць алівы? Усе гэтыя пытанні датычацца мозгу, бо ён з'яўляецца цэнтральным працэсарам арганізма чалавека. Многія гады навукоўцы надавалі асаблівую ўвагу мозгу людзей, якія нейкім чынам вылучаліся з натоўпу (ад геніяў-самавукаў да ашчадных псіхапатаў). Але ёсць катэгорыя людзей, незвычайныя паводзіны якіх звязваюць з іх узростам - падлеткі. Многія падлеткі валодаюць абвостраным пачуццём супярэчнасці, духам авантурызму і непераадольным жаданнем знайсці прыгоды на сваю пятую кропку. Навукоўцы з Пенсільванскага ўніверсітэта вырашылі падрабязна разгледзець загадкавыя мазгі падлеткаў і працэсы, што ў іх працякаюць. Пра тое, што ім удалося высветліць, мы даведаемся з іх даклада. Паехалі.
Аснова даследавання
Любы прыбор у тэхніцы і орган у арганізме маюць сваю ўласную архітэктуру, якая дазваляе ім працаваць эфектыўна. Кара галаўнога мозгу чалавека арганізавана па функцыянальнай іерархіі, пачынаючы ад унімодальнай. сэнсарнай кары* і заканчваючы трансмадальнага асацыятыўнай карой*.
Сэнсарная кара мозгу * - частка кары галаўнога мозгу, якая адказвае за збор і апрацоўку інфармацыі, атрыманай ад органаў пачуццяў (вочы, мова, нос, вушы, скура і вестыбюлярны апарат).
Асацыятыўная кара * - частка цемянной кары галаўнога мозгу, якая ўдзельнічае ў рэалізацыі запланаваных рухаў. Калі мы збіраемся выканаць які-небудзь рух, наш мозг павінен ведаць дзе ў гэтую секунду размешчана цела і яго часткі, якія будуць перамяшчацца, а таксама дзе размешчаны аб'екты навакольнага асяроддзя, з якімі плануецца ўзаемадзеянне. Напрыклад, вы хочаце ўзяць у рукі кубак, а ваш мозг ужо ведае, дзе размешчана рука і сама кубак.
Падобная функцыянальная іерархія абумоўлена анатоміяй шляхоў белага рэчыва*, якія каардынуюць сінхранізаваную нейронавую актыўнасць і кагніцыю*.
Белае рэчыва* - калі шэрае рэчыва складаецца з нейронаў, то белае складаецца з пакрытых міялін аксонаў, па якіх імпульсы перадаюцца ад цела клеткі да іншых клетак і органам.
Кагніцыя* (пазнанне) - сукупнасць працэсаў, звязаных з набыццём новых ведаў датычна навакольнага свету.
Эвалюцыя кары мозгу ў прыматаў і развіццё мозгу чалавека характарызуюцца мэтавым пашырэннем і ремоделірованіем трансмодальных асацыятыўных абласцей, якія з'яўляюцца асновай працэсаў сэнсарнага падання інфармацыі і абстрактных правіл дасягненні мэты.
Працэс развіцця мозгу займае нямала часу, на працягу якога адбываецца мноства працэсаў удасканалення мозгу як сістэмы: міелінізацыя*, сінаптычны прунінг* і г.д.
Міелінізацыя* - олигодендроциты (выгляд дапаможных клетак нервовай сістэмы) ахінаюць тую ці іншую частку аксона, у выніку чаго адзін олигодендроцит звязваецца адразу з некалькімі нейронамі. Чым актыўней аксон, тым мацней яго миелинизация, бо гэта павялічвае яго эфектыўнасць.
Сінаптычны прунінг* - Скарачэнне колькасці сінапсаў / нейронаў для павышэння эфектыўнасці працы нейра-сістэмы, г.зн. збавенне ад лішніх сувязяў. Іншымі словамі, гэта рэалізацыя прынцыпу "не колькасцю, а якасцю".
У перыяд станаўлення мозгу фармуецца функцыянальная спецыфікацыя ў трансмодальной асацыятыўнай кары, што напрамую ўплывае на развіццё выканаўчых функцый вышэйшага парадку, такіх як працоўная памяць*, кагнітыўная гнуткасць * и інгібіторны кантроль*.
Рабочая памяць* - кагнітыўная сістэма часовага захоўвання інфармацыі. Дадзены тып памяці актывуецца ў момант бягучых разумовых працэсаў і ўдзельнічае ў прыняцці рашэнняў і ў фармаванні паводніцкіх адказаў.
Кагнітыўная гнуткасць * - здольнасць пераключацца з адной думкі на іншую і / або абдумваць некалькі рэчаў у адзін момант.
Інгібітарны кантроль * (рэакцыя тармажэння) - выканаўчая функцыя, якая курыруе здольнасць чалавека душыць яго імпульсіўныя (натуральныя, звыклыя або дамінантныя) паводніцкія рэакцыі на стымулы для таго, каб рэалізаваць больш прыдатны адказ на канкрэтную сітуацыю (вонкавы стымул).
Вывучэнне структурна-функцыянальных сувязей мозгу пачалося дастаткова даўно. Са з'яўленнем тэорыі сетак з'явілася магчымасць візуалізаваць структурна-функцыянальныя сувязі ў нейробиологических сістэмах і падзяліць іх на катэгорыі. Па сваёй сутнасці, структурна-функцыянальная сувязь з'яўляецца ступенню, у якой размеркаванне анатамічных сувязяў у галіне мозгу падтрымлівае сінхранізаваную нейронавую актыўнасць.
Было ўстаноўлена наяўнасць моцнай сувязі паміж паказчыкамі структурнай і функцыянальнай складнасці ў розных прасторава-часавых маштабах. Іншымі словамі, больш сучасныя метады вывучэння дазволілі катэгарызаваць тыя ці іншыя ўчасткі мозгу па іх функцыянальным асаблівасцям, звязаным з узростам участку і яго памерам.
Аднак, як заяўляюць навукоўцы, на дадзены момант практычна няма дадзеных датычна таго, як змены архітэктуры белага рэчыва падчас развіцця чалавечага мозгу падтрымліваюць узгодненыя ваганні нейронавай актыўнасці.
Структурна-функцыянальная сувязь з'яўляецца асновай для функцыянальнай камунікацыі і адбываецца, калі профіль міжрэгіянальнай сувязі белага рэчыва ў картыкальным рэгіёне прадказвае сілу міжрэгіянальнай функцыянальнай сувязі. Гэта значыць, актыўнасць белага рэчыва будзе адлюстроўвацца ў актывацыі выканаўчых функцый мозгу, тым самым можна будзе ацаніць ступень сілы структурна-функцыянальнай сувязі.
Для апісання структурна-функцыянальнай сувязі навукоўцы вылучылі тры гіпотэзы, якія былі правераны ў ходзе даследавання.
Першая гіпотэза сцвярджае, што структурна-функцыянальная сувязь будзе адлюстроўваць функцыянальную спецыялізацыю кортикальной вобласці. Гэта значыць структурна-функцыянальная сувязь будзе моцнай у саматасенсарнай кары, дзякуючы працэсам, якія вызначаюць ранняе развіццё спецыялізаваных сэнсарных іерархій. У процівагу гэтаму, структурна-функцыянальная сувязь будзе нізкай у трансмодальной асацыятыўнай кары, дзе функцыянальная камунікацыя можа быць аслаблена з-за генетычных і анатамічных абмежаванняў з прычыны хуткага эвалюцыйнага пашырэння.
Другая гіпотэза заснавана на працяглай якая залежыць ад актыўнасці миелинизации падчас развіцця і сцвярджае, што развіццё структурна-функцыянальных сувязяў будзе сканцэнтравана ў трансмодальной асацыятыўнай кары.
Трэцяя гіпотэза: структурна-функцыянальная сувязь адлюстроўвае функцыянальную спецыялізацыю кортикальной вобласці. Таму можна меркаваць, што больш моцная структурна-функцыянальная сувязь у лобна-цёмнай асацыятыўнай кары будзе ўдзельнічаць у спецыялізаваных вылічэннях, неабходных для рэалізацыі выканаўчых функцый.
вынікі даследавання
Каб ахарактарызаваць развіццё структурна-функцыянальнага ўзаемадзеяння ў падлеткаў, навукоўцы правялі колькасную адзнаку ступені, у якой структурныя сувязі розных участкаў мозгу падтрымліваюць скаардынаваныя ваганні нейронавай актыўнасці.
Выкарыстоўваючы мультымадальныя дадзеныя нейровизуализации ад 727 удзельнікаў ва ўзросце ад 8 да 23 гадоў, была праведзена імавернасная дыфузійная трактаграфія і ацэнка функцыянальнай складнасці паміж кожнай парай кортыкальных абласцей падчас выканання. задачы n-назад*, звязанай з актыўнасцю працоўнай памяці.
Задача n-назад* - методыка стымулявання актыўнасці пэўных зон мозгу і праверкі працоўнай памяці. Падыспытнаму падаецца шэраг стымулаў (візуальных, гукавых і г.д.). Ён павінен вызначыць і паказаць, ці быў той ці іншы стымул n пазіцый таму назад. Напрыклад: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (задача 3-назад, дзе пэўная літара сустракалася на 3 пазіцыі раней).
Функцыянальная складнасць у стане спакою адлюстроўвае спантанныя ваганні нейронавай актыўнасці. А вось падчас выканання задачы на працоўную памяць, функцыянальная складнасць можа ўзмацняць вызначаныя нервовыя злучэнні ці папуляцыі, якія ўдзельнічаюць у выканаўчых функцыях.
Выява №1: вымярэнне структурна-функцыянальнай сувязі мозгу чалавека.
Вузлы ў структурных і функцыянальных сетках мозгу былі вызначаны з выкарыстаннем 400-зоннай кортикальной парцэляцыі (падзел на зоны), заснаванай на функцыянальнай аднастайнасці ў дадзеных МРТ удзельнікаў даследавання. Для кожнага ўдзельніка даследавання рэгіянальныя профілі складнасці былі вынятыя з кожнага радка структурнай або функцыянальнай матрыцы складнасці і прадстаўлены як вектары сілы складнасці ад аднаго вузла нейронавай сеткі да ўсіх іншых вузлоў.
Для пачатку навукоўцы праверылі, ці супадае прасторавае размеркаванне структурна-функцыянальных сувязяў з фундаментальнымі ўласцівасцямі кортикальной арганізацыі.
Выява №2
Варта адзначыць, што сувязь паміж рэгіянальнымі профілямі структурнай і функцыянальнай складнасці моцна вар'іравалася па ўсёй кары.2A). Мацнейшая сувязь назіралася ў першаснай сэнсарнай і медыяльнай префронтальной кары. А вось у латэральнай, скроневай і лобна-цёмнай абласцях сувязь была дастаткова слабой.
Для больш зразумелай адзнакі сувязь паміж структурна-функцыянальнай сувяззю і функцыянальнай спецыялізацыяй, быў разлічаны каэфіцыент «удзелу», які ўяўляе сабой графічную рэпрэзентацыю колькаснага вызначэння складнасці паміж функцыянальна спецыялізаванымі ўчасткамі мозгу. Кожная з абласцей мозгу была аднесена да сямі класічным функцыянальным нейронавым сеткам. Нейронныя вузлы мозгу з высокім каэфіцыентам удзелу дэманструюць розную міжмодульную сувязь (сувязь паміж участкамі мозгу) і, такім чынам, могуць уплываць на працэсы перадачы інфармацыі паміж участкамі, а таксама на іх дынаміку. А вось вузлы з нізкім каэфіцыентам удзелу дэманструюць больш лакальныя злучэнні ўсярэдзіне самога ўчастку мозгу, а не паміж некалькімі ўчасткамі. Прасцей кажучы, калі каэфіцыент высокі - розныя ўчасткі мозгу актыўна ўзаемадзейнічаюць адзін з адным, калі нізкі - актыўнасць адбываецца ўнутры ўчастка без сувязі з суседнімі.2C).
Далей была праведзена ацэнка адносіны варыятыўнасці структурна-функцыянальнай складнасці і макрамаштабнай функцыянальнай іерархіі. Структурна-функцыянальная сувязь у значнай ступені супадае з асноўным градыентам функцыянальнай складнасці: унімодальныя сэнсарныя вобласці дэманструюць адносна моцную структурна-функцыянальную сувязь, у той час як у трансмодальных абласцей на вяршыні функцыянальнай іерархіі назіраецца больш слабая сувязь.2D).
Таксама было ўстаноўлена, што мае месца моцная карэляцыя структурна-функцыянальнай сувяззю і эвалюцыйным пашырэннем плошчы паверхні кары.2E). Высокакансерватыўныя сэнсарныя вобласці мелі адносна моцную структурна-функцыянальную сувязь, тады як моцна пашыраныя трансмодальные вобласці мелі слабейшую сувязь. Такія назіранні цалкам пацвярджаюць гіпотэзу аб тым, што структурна-функцыянальная сувязь з'яўляецца адлюстраваннем кортикальной іерархіі функцыянальнай спецыялізацыі і эвалюцыйнага пашырэння.
Выява №3
Навукоўцы яшчэ раз нагадваюць, што праводжаныя раней даследаванні па большай ступені былі сканцэнтраваны на вывучэнні структурна-функцыянальнай складнасці ў мозгу дарослага чалавека. У гэтай жа працы акцэнт быў пастаўлены на вывучэнні мозгу, які ўсё яшчэ знаходзіцца ў працэсе развіцця, г.зн. на вывучэнні мозгу падлетка.
Было ўстаноўлена, што ў мозгу падлеткаў ўзроставыя адрозненні ў структурна-функцыянальных сувязях былі шырока размеркаваны па латэральнай скроневай, ніжняй цемянной і прэфрантальнай кары.3А). Узмацненні складнасці былі непрапарцыйна размеркаваны па абласцях кары, г.зн. прысутнічалі ва ўнікальным падмностве функцыянальна падзеленых абласцей кары (3В), чаго не назіралася ў мозгу дарослага чалавека.
Велічыня ўзроставых адрозненняў у структурна-функцыянальных сувязях моцна карэлявала з каэфіцыентам функцыянальнага ўдзелу.3С) і функцыянальным градыентам (3D).
Прасторавае размеркаванне ўзроставых адрозненняў у структурна-функцыянальных сувязях таксама адпавядала эвалюцыйнаму пашырэнню кары. Узроставае павелічэнне складнасці назіралася ў пашыранай асацыятыўнай кары галаўнога мозгу, у той час як узроставае зніжэнне складнасці назіралася ў высокакансерватыўнай сэнсарна-маторнай кары.3E).
На наступным этапе даследавання 294 удзельнікі паўторна прайшлі абследаванне мозгу праз 1.7 гады пасля першага. Такім чынам можна было вызначыць сувязь паміж узроставымі зменамі структурна-функцыянальнай складнасці і ўнутрыіндывідуальнымі зменамі развіцця. Для гэтага была праведзена ацэнка падоўжных змен у структурна-функцыянальнай складнасці.
Выява №4
Было выяўлена значная адпаведнасць паміж папярочным і падоўжным узроставым зменамі на структурна-функцыянальную сувязь (4А).
Для праверкі сувязі падоўжных змен у структурна-функцыянальнай складнасці (4B) і падоўжных змяненняў каэфіцыента функцыянальнага ўдзелу (4С) была выкарыстана лінейная рэгрэсія. Было выяўлена, што падоўжныя змены складнасці адпавядалі падоўжным зменам каэфіцыента функцыянальнага ўдзелу ў размеркаваных асацыятыўных абласцях высокага парадку, у тым ліку ў дорсальной і медыяльнай прэфрантальнай кары, ніжняй цемянной кары і латэральна-скроневай кары.4D).
Выява №5
Затым навукоўцы паспрабавалі зразумець наступствы індывідуальных адрозненняў у структурна-функцыянальных сувязях для паводзін. У прыватнасці ці можа структурна-функцыянальная складнасць падчас выканання задачы з працоўнай памяццю растлумачыць выканаўчую прадукцыйнасць. Было выяўлена, што паляпшэнне выканаўчай дзейнасці злучана з мацнейшай структурна-функцыянальнай складнасцю ў ростролатеральной префронтальной кары, задняй пасавай звіліне і медыяльнай патылічнай кары (5A).
Сукупнасць вышэйапісаных назіранняў сутыкае на некалькі асноўных высноў. Па-першае, рэгіянальныя змены ў структурна-функцыянальнай складнасці з'яўляецца зваротна прапарцыйнай складанасці функцыі, за якую адказвае тая ці іншая вобласць мозгу. Мацнейшая структурна-функцыянальная сувязь была выяўлена ў частках мозгу, якія спецыялізуюцца на апрацоўцы простай сэнсарнай інфармацыі (напрыклад, візуальныя сігналы). А ў абласцях мозгу, якія ўдзельнічаюць у больш складаных працэсах (выканаўчая функцыя і інгібіторны кантроль) была ніжэйшая структурна-функцыянальная складнасць.
Таксама было ўстаноўлена, што структурна-функцыянальная складнасць узгадняецца з эвалюцыйным пашырэннем мозгу, якое назіраецца ў прыматаў. Раней ужо праводзіліся параўнальныя даследаванні мозгу чалавека, прымата і малпы, якія паказалі, што сэнсарныя вобласці (напрыклад, глядзельная сістэма) вельмі кансерватыўныя сярод выглядаў прыматаў і не моцна пашырэлі падчас нядаўняй эвалюцыі. А вось асацыятыўныя вобласці мозгу (напрыклад, префронтальная кара) падвергліся значнаму пашырэнню. Магчыма гэтае пашырэнне непасрэдна паўплывала на з'яўленне ў чалавека складаных кагнітыўных здольнасцяў. Было выяўлена, што вобласці мозгу, якія хутка пашыраліся падчас эвалюцыі, мелі слабейшую структурна-функцыянальную складнасць, у той час як простыя сэнсарныя вобласці – мацнейшую.
У дзяцей і падлеткаў структурна-функцыянальная сувязь узрастае дастаткова актыўна ў лобных абласцях мозгу, якія адказваюць за функцыю тармажэння (г.зн. самакантроль). Такім чынам, працяглае развіццё структурна-функцыянальнай складнасці ў гэтых абласцях можа палепшыць выканаўчую функцыю і самакантроль, працэс развіцця якога працягваецца і ў дарослым узросце.
Для больш падрабязнага азнаямлення з нюансамі даследавання рэкамендую зазірнуць у и да яго.
Эпілог
Мозг чалавека заўсёды быў і яшчэ доўга будзе адной з найвялікшых загадак чалавецтва. Гэта неверагодна складаны механізм, які павінен выконваць мноства функцый, кантраляваць мноства працэсаў і захоўваць вялізныя аб'ёмы інфармацыі. Для многіх бацькоў няма нічога больш загадкавага, чым мозг іх дзяцей-падлеткаў. Іх паводзіны часам складана назваць лагічнымі або канструктыўнымі, аднак гэта тлумачыцца працэсам іх біялагічнага развіцця і сацыяльнага станаўлення.
Вядома, змены ў структурна-функцыянальных сувязях тых ці іншых участкаў мозгу і ўплыў гарманальных перабудоў можа быць навуковым апраўданнем своеасаблівых паводзін маладых людзей, але гэта не значыць, што іх не трэба накіроўваць. Чалавек не з'яўляецца па сваёй прыродзе асацыяльнай істотай. Калі хтосьці і цураецца іншых людзей, то ўжо сапраўды не з прычыны нашай біялагічнай схільнасці. Таму актыўны ўдзел бацькоў у жыцці іх дзяцей з'яўляецца вельмі важным аспектам іх развіцця.
Варта таксама разумець, што нават у трохгадовым узросце дзіця ўжо з'яўляецца асобай са сваім характарам, сваімі жаданнямі і сваім поглядам на навакольны свет. Бацька не павінен станавіцца нябачным для свайго дзіцяці, адпускаючы яго ў вольнае плаванне, але і не павінен ператварацца ў жалезабетонную сцяну, якая агароджвае яго ад спазнання свету. Недзе трэба падштурхнуць, недзе прытрымаць, недзе даць поўную свабоду, а недзе, праявіўшы бацькоўскі аўтарытэт, сказаць цвёрдае «не», нават калі дзіця гэтаму будзе незадаволена.
Быць бацькам складана, яшчэ складаней быць добрым бацькам. Але і падлеткам быць не так і проста. Цела вонкава змяняецца, змяняецца мозг, змяняецца асяроддзі (была школа, і вось ужо ўнівер), змяняецца рытм жыцця. У наш час жыццё часта нагадвае формулу-1, на якой няма месца марудлівасці. Але вялікая хуткасць спалучана з вялікай рызыкай, таму неспрактыкаваны гоншчык можа папакутаваць. Задача аднаго з бацькоў стаць трэнерам свайго дзіцяці, каб у далейшым спакойна адпусціць яго ў свет, не асцерагаючыся за яго будучыню.
Адны бацькі лічаць сябе разумнейшымі за іншых, адны гатовыя рэалізоўваць любую параду, пачутую ў інтэрнэце ці ад суседкі, а камусьці проста «фіялетава» на ўсе тонкасці выхавання. Людзі розныя, але як і ў мозгу чалавека важная камунікацыя паміж яго аддзеламі, так і ў выхаванні адну з найважнейшых роляў гуляе камунікацыя паміж бацькамі і іх дзецьмі.
Дзякую за ўвагу, заставайцеся цікаўнымі і выдатных усім выходных, хлопцы! 🙂
Крыху рэкламы 🙂
Дзякуй, што застаяцеся з намі. Вам падабаюцца нашыя артыкулы? Жадаеце бачыць больш цікавых матэрыялаў? Падтрымайце нас, аформіўшы замову ці парэкамендаваўшы знаёмым, , унікальны аналаг entry-level сервераў, які быў прыдуманы намі для Вас: (даступныя варыянты з RAID1 і RAID10, да 24 ядраў і да 40GB DDR4).
Dell R730xd у 2 разы танней у дата-цэнтры Equinix Tier IV у Амстэрдаме? Толькі ў нас у Нідэрландах! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – ад $99! Чытайце аб тым
Крыніца: habr.com