Един от най-загадъчните и не напълно изяснени „феномени” е човешкият мозък. Много въпроси се въртят около този сложен орган: защо сънуваме, как емоциите влияят върху вземането на решения, кои нервни клетки са отговорни за възприемането на светлина и звук, защо някои хора обичат цаца, докато други обичат маслини? Всички тези въпроси засягат мозъка, тъй като той е централният процесор на човешкото тяло. От години учените обръщат специално внимание на мозъците на хора, които по някакъв начин се открояват от тълпата (от самоуки гении до пресметливи психопати). Но има категория хора, чието необичайно поведение е свързано с възрастта им - тийнейджъри. Много тийнейджъри имат изострено чувство за противоречие, приключенски дух и неустоимо желание да намерят приключения в задника си. Учени от университета на Пенсилвания решиха да разгледат по-отблизо мистериозните мозъци на подрастващите и процесите, които протичат в тях. Какво са успели да разберат, ще научим от техния репортаж. Отивам.
Изследователска база
Всяко технологично устройство и орган в тялото имат своя собствена архитектура, която им позволява да работят ефективно. Човешката мозъчна кора е организирана по функционални йерархии, вариращи от унимодални сензорна кора* и завършва с трансмодален асоциативна кора*.
Сензорна кора * - част от мозъчната кора, отговорна за събирането и обработката на информация, получена от сетивата (очи, език, нос, уши, кожа и вестибуларен апарат).
Асоциативният кортекс* е частта от париеталния кортекс, участваща в изпълнението на планираните движения. Когато ще извършим някакво движение, нашият мозък трябва да знае къде се намира тялото и неговите части, които ще се движат в тази секунда, както и къде се намират обектите от външната среда, с които е планирано взаимодействието. Например, искате да вземете чаша и мозъкът ви вече знае къде се намират ръката и самата чаша.
Тази функционална йерархия се дължи на анатомията на пътищата бели кахъри*, които координират синхронизираната невронна активност и познание*.
Бели кахъри* - ако сивото вещество се състои от неврони, тогава бялото се състои от аксони, покрити с миелин, по които се предават импулси от клетъчното тяло към други клетки и органи.
Познание* (познание) - съвкупност от процеси, свързани с придобиването на нови знания за заобикалящия свят.
Еволюцията на мозъчната кора при приматите и развитието на човешкия мозък се характеризират с целенасоченото разширяване и ремоделиране на трансмодални асоциативни области, които са в основата на сензорното представяне на информация и абстрактни правила за постигане на цели.
Процесът на развитие на мозъка отнема много време, през което има много процеси за подобряване на мозъка като система: миелинизация*, синаптично подрязване* и т.н.
миелинизация* - олигодендроцитите (вид спомагателни клетки на нервната система) обгръщат една или друга част от аксона, в резултат на което един олигодендроцит се свързва с няколко неврона наведнъж. Колкото по-активен е аксонът, толкова по-силна е неговата миелинизация, тъй като това повишава неговата ефективност.
Синаптично подрязване* — намаляване на броя на синапсите/невроните за повишаване на ефективността на невросистемата, т.е. освобождаване от ненужни връзки. С други думи, това е прилагането на принципа „не количеството, а качеството“.
По време на формирането на мозъка се формира функционална спецификация в трансмодалния асоциативен кортекс, който пряко влияе върху развитието на изпълнителни функции от по-висок ред, като напр. работна памет*, когнитивна гъвкавост* и инхибиторен контрол*.
Работна памет* — когнитивна система за временно съхранение на информация. Този тип памет се активира в момента на текущи мисловни процеси и участва във вземането на решения и формирането на поведенчески реакции.
Когнитивна гъвкавост* - способността да превключвате от една мисъл към друга и/или да мислите за няколко неща в един момент.
Инхибиторен контрол* (реакция на инхибиране) - изпълнителна функция, която контролира способността на човек да потиска своите импулсивни (естествени, обичайни или доминиращи) поведенчески реакции към стимули, за да приложи по-подходящ отговор на конкретна ситуация (външен стимул).
Изследването на структурно-функционалните връзки на мозъка започна доста отдавна. С появата на мрежовата теория стана възможно да се визуализират структурно-функционалните връзки в невробиологичните системи и да се разделят на категории. В основата си структурно-функционалната свързаност е степента, до която разпределението на анатомичните връзки в дадена област на мозъка поддържа синхронизирана невронна активност.
Установено е, че има силна връзка между показателите за структурна и функционална свързаност в различни пространствено-времеви мащаби. С други думи, по-модерните методи на изследване са позволили да се категоризират определени области на мозъка според техните функционални характеристики, свързани с възрастта на областта и нейния размер.
Учените обаче казват, че в момента има малко доказателства за това как промените в архитектурата на бялото вещество по време на развитието на човешкия мозък поддържат координирани колебания в невронната активност.
Структурно-функционалната свързаност е основата за функционална комуникация и възниква, когато профилът на междурегионалната свързаност на бялото вещество в кортикален регион прогнозира силата на междурегионалната функционална свързаност. Това означава, че активността на бялото вещество ще се отрази в активирането на изпълнителните функции на мозъка, като по този начин ще бъде възможно да се оцени степента на сила на структурно-функционалната връзка.
За да опишат структурно-функционалната връзка, учените изложиха три хипотези, които бяха тествани по време на изследването.
Първата хипотеза гласи, че структурно-функционалната връзка ще отразява функционалната специализация на кортикалната област. Това означава, че структурно-функционалната връзка ще бъде силна в соматосензорния кортекс, поради процесите, които определят ранното развитие на специализирани сензорни йерархии. Обратно, структурно-функционалната свързаност ще бъде ниска в кората на трансмодалната асоциация, където функционалната комуникация може да бъде отслабена поради генетични и анатомични ограничения поради бърза еволюционна експанзия.
Втората хипотеза се основава на дългосрочна зависима от активността миелинизация по време на развитие и гласи, че развитието на структурно-функционални връзки ще бъде концентрирано в трансмодалната асоциативна кора.
Третата хипотеза: структурно-функционалната връзка отразява функционалната специализация на кортикалната област. Следователно може да се предположи, че по-силна структурно-функционална връзка във фронто-париеталната асоциативна кора ще бъде включена в специализирани изчисления, необходими за изпълнението на изпълнителните функции.
Резултати от проучването
За да характеризират развитието на структурно-функционалните взаимодействия при подрастващите, изследователите количествено определят степента, до която структурните връзки между мозъчните региони поддържат координирани колебания в невронната активност.
Използвайки мултимодални невроизобразителни данни от 727 участници на възраст от 8 до 23 години, беше извършена вероятностна дифузионна трактография и функционалната свързаност между всяка двойка кортикални региони беше оценена по време на изпълнение. задачи n-back*свързани с дейността на работната памет.
Задача n-back* - техника за стимулиране на активността на определени области на мозъка и тестване на работната памет. Субектът се представя с поредица от стимули (визуални, слухови и т.н.). Той трябва да определи и посочи дали този или онзи стимул е бил преди n позиции. Например: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (проблем 3-назад, където определена буква се появява 3 позиции по-рано).
Функционалната свързаност в покой отразява спонтанните колебания в невронната активност. За разлика от това, по време на задача с работна памет функционалната свързаност може да подобри определени невронни връзки или популации, участващи в изпълнителните функции.
Изображение No1: измерване на структурно-функционалната връзка на човешкия мозък.
Възлите в структурните и функционални мрежи на мозъка бяха идентифицирани с помощта на 400-зонова кортикална парцелизация въз основа на функционална хомогенност в данните от ЯМР на участниците в проучването. За всеки участник в проучването регионалните профили на свързаност бяха извлечени от всеки ред на структурната или функционална матрица на свързаност и представени като вектори на силата на свързване от един възел на невронна мрежа към всички други възли.
Като начало учените провериха дали пространственото разпределение на структурно-функционалните връзки съвпада с основните свойства на кортикалната организация.
Изображение #2
Струва си да се отбележи, че връзката между регионалните профили на структурна и функционална свързаност варира значително в кората (2A). По-силна връзка се наблюдава в първичния сензорен и медиалния префронтален кортекс. Но в страничните, темпоралните и фронто-париеталните области връзката беше доста слаба.
За по-разбираема оценка на връзката между структурно-функционалната свързаност и функционалната специализация е изчислен коефициентът на "участие", който е графично представяне на количествената дефиниция на свързаността между функционално специализираните области на мозъка. Всяка от мозъчните области беше причислена към седемте класически функционални невронни мрежи. Невронните възли на мозъка с висок коефициент на участие демонстрират различна интермодулна комуникация (връзка между регионите на мозъка) и следователно могат да повлияят на процесите на трансфер на информация между регионите, както и на тяхната динамика. Но възлите с нисък процент на участие показват повече локални връзки в самия мозъчен регион, а не между няколко региона. Казано по-просто, ако коефициентът е висок, различните части на мозъка активно взаимодействат помежду си; ако е нисък, активността се извършва в зоната без комуникация със съседните (2C).
След това беше направена оценка на връзката между променливостта на структурно-функционалната свързаност и функционалната йерархия на макромащаб. Структурно-функционалната свързаност до голяма степен съвпада с основния градиент на функционалната свързаност: унимодалните сензорни области показват относително силна структурно-функционална свързаност, докато трансмодалните региони на върха на функционалната йерархия показват по-слаба свързаност (2D).
Установено е също, че има силна връзка между структурно-функционалната връзка и еволюционното разширяване на кортикалната повърхност (2E). Силно запазените сензорни зони имат относително силна структурно-функционална свързаност, докато силно разширените трансмодални зони имат по-слаба свързаност. Такива наблюдения напълно подкрепят хипотезата, че структурно-функционалната връзка е отражение на кортикалната йерархия на функционална специализация и еволюционна експанзия.
Изображение #3
Учените още веднъж напомнят, че предишни проучвания до голяма степен са се фокусирали върху изследването на структурно-функционалната свързаност в мозъка на възрастните. В същата работа акцентът беше поставен върху изследването на мозъка, който все още е в процес на развитие, т.е. върху изследването на мозъка на подрастващите.
Установено е, че свързаните с възрастта разлики в структурно-функционалните връзки в мозъка на юношите са широко разпространени в латералния темпорален, долния париетален и префронталния кортекс (3А). Печалбите от свързаността бяха непропорционално разпределени в кортикалните региони, т.е. присъстваха в уникална подгрупа от функционално разделени кортикални области (3V), което не се наблюдава в мозъка на възрастни.
Стойността на възрастовите разлики в структурните и функционални връзки силно корелира с коефициента на функционално участие (3S) и функционален градиент (3D).
Пространственото разпределение на възрастовите разлики в структурните и функционалните връзки също съответства на еволюционното разширяване на кората. Свързано с възрастта увеличение на свързаността се наблюдава в разширения асоциативен кортекс, докато свързано с възрастта намаляване на свързаността се наблюдава във силно запазения сензомоторен кортекс (3E).
В следващата фаза на изследването 294 участници са подложени на второ изследване на мозъка 1.7 години след първото. По този начин беше възможно да се определи връзката между свързаните с възрастта промени в структурно-функционалната свързаност и вътрешноиндивидуалните промени в развитието. За целта беше извършена оценка на надлъжните промени в структурно-функционалната свързаност.
Изображение #4
Установено е значително съответствие между напречните и надлъжните възрастови промени в структурно-функционалната връзка (4А).
За тестване на връзката на надлъжните промени в структурно-функционалната свързаност (4B) и надлъжни промени в коефициента на функционално участие (4S) е използвана линейна регресия. Установено е, че надлъжните промени в свързаността съответстват на надлъжните промени в коефициента на функционално участие в разпределени асоциативни зони от висок порядък, включително тези в дорзалния и медиалния префронтален кортекс, долния париетален кортекс и латералния темпорален кортекс (4D).
Изображение #5
След това учените се опитаха да разберат последствията от индивидуалните различия в структурно-функционалните връзки за поведението. По-специално, дали структурно-функционалната свързаност по време на изпълнение на задача с работна памет може да обясни изпълнителната производителност. Установено е, че подобряването на изпълнителната производителност е свързано с по-силна структурно-функционална свързаност в ростролатералния префронтален кортекс, задния цингулатен гирус и медиалния окципитален кортекс (5A).
Съвкупността от горните наблюдения води до няколко основни извода. Първо, регионалните промени в структурно-функционалната свързаност са обратно пропорционални на сложността на функцията, за която отговаря една или друга област на мозъка. Установена е по-силна структурно-функционална връзка в части от мозъка, които са специализирани в обработката на проста сензорна информация (като визуални сигнали). А в областите на мозъка, участващи в по-сложни процеси (изпълнителна функция и инхибиторен контрол), имаше по-ниска структурно-функционална свързаност.
Установено е също, че структурно-функционалната свързаност е в съответствие с еволюционното разширяване на мозъка, наблюдавано при примати. Сравнителните изследвания на мозъците на хора, примати и маймуни преди това показаха, че сетивните области (като зрителната система) са много запазени сред видовете примати и не са се разширили много в скорошната еволюция. Но асоциативните области на мозъка (например префронталната кора) са претърпели значително разширяване. Може би това разширяване пряко е повлияло на появата на сложни когнитивни способности при хората. Установено е, че областите на мозъка, които са се разширявали бързо по време на еволюцията, са имали по-слаба структурно-функционална свързаност, докато простите сензорни области са имали по-силна.
При деца и юноши структурно-функционалната връзка се увеличава доста активно във фронталните области на мозъка, които отговарят за функцията на инхибиране (т.е. самоконтрол). По този начин, дългосрочното развитие на структурно-функционалната свързаност в тези области може да подобри изпълнителната функция и самоконтрола, процес, който продължава в зряла възраст.
За по-подробна информация относно нюансите на изследването препоръчвам да разгледате и на него.
Епилог
Човешкият мозък винаги е бил и ще продължи да бъде една от най-големите мистерии на човечеството. Това е невероятно сложен механизъм, който трябва да изпълнява много функции, да контролира много процеси и да съхранява огромни количества информация. За много родители нищо не е по-мистериозно от мозъците на техните деца в тийнейджърска възраст. Тяхното поведение понякога е трудно да се нарече логично или конструктивно, но това се дължи на процеса на тяхното биологично развитие и социално формиране.
Разбира се, промените в структурните и функционални връзки на определени части на мозъка и влиянието на хормоналните промени могат да бъдат научно оправдание за особеното поведение на младите хора, но това не означава, че те не трябва да бъдат насочвани. Човекът по природа не е асоциално същество. Ако някой избягва другите хора, това със сигурност не се дължи на нашето биологично предразположение. Затова активното участие на родителите в живота на децата им е изключително важен аспект от тяхното развитие.
Трябва също така да се разбере, че дори на тригодишна възраст детето вече е човек със собствен характер, своите желания и собствен поглед върху света около него. Родителят не трябва да става невидим за детето си, оставяйки го да се носи свободно, но не трябва да се превръща в стоманобетонна стена, която го предпазва от опознаване на света. Някъде трябва да натиснете, някъде да задържите, някъде да дадете пълна свобода и някъде, като сте показали родителски авторитет, да кажете твърдо „не“, дори ако детето не е доволно от това.
Да си родител е трудно, още по-трудно да си добър родител. Но да си тийнейджър също не е лесно. Тялото се променя външно, мозъкът се променя, околната среда (имаше училище, а сега университет), ритъмът на живот се променя. В наше време животът често прилича на формула-1, на която няма място за бавност. Но високата скорост е свързана с голям риск, така че неопитен ездач може да се нарани. Задачата на родителя е да стане треньор на детето си, за да го пусне спокойно в света в бъдеще, без да се страхува за бъдещето си.
Някои родители се смятат за по-умни от други, някои са готови да приложат всеки съвет, който чуят в интернет или от съсед, а някои просто са „виолетови“ за всички тънкости на образованието. Хората са различни, но точно както комуникацията между нейните отдели е важна в човешкия мозък, комуникацията между родителите и техните деца играе една от най-важните роли в образованието.
Благодаря за гледането, бъдете любопитни и пожелавам страхотен уикенд на всички! 🙂
Малко реклами 🙂
Благодарим ви, че останахте с нас. Харесвате ли нашите статии? Искате ли да видите още интересно съдържание? Подкрепете ни, като направите поръчка или препоръчате на приятели, , уникален аналог на сървъри от начално ниво, който беше изобретен от нас за вас: (предлага се с RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 пъти по-евтин в центъра за данни Equinix Tier IV в Амстердам? Само тук в Холандия! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - от $99! Прочети за
Източник: www.habr.com