Un dels "fenòmens" més misteriosos i que no s'entenen del tot és el cervell humà. Al voltant d'aquest complex òrgan giren moltes preguntes: per què somiem, com influeixen les emocions en la presa de decisions, quines cèl·lules nervioses són les responsables de la percepció de la llum i el so, per què a algunes persones els agraden els espadís, mentre que a altres els encanta les olives? Totes aquestes preguntes concerneixen el cervell, perquè és el processador central del cos humà. Durant anys, els científics han prestat especial atenció al cervell de persones que d'alguna manera destaquen entre la multitud (des de genis autodidactes fins a psicòpates calculadors). Però hi ha una categoria de persones el comportament inusual de les quals està associat a la seva edat: els adolescents. Molts adolescents tenen un intens sentit de la contradicció, un esperit aventurer i un desig irresistible de trobar l'aventura al cul. Científics de la Universitat de Pennsilvània van decidir mirar més de prop els misteriós cervells dels adolescents i els processos que hi tenen lloc. El que van aconseguir esbrinar, ho aprendrem del seu informe. Vés.
Base de recerca
Qualsevol dispositiu en tecnologia i un òrgan del cos tenen la seva pròpia arquitectura que els permet treballar de manera eficient. L'escorça cerebral humana s'organitza al llarg de jerarquies funcionals que van des de l'unimodal còrtex sensorial* i acabant amb transmodal còrtex d'associació*.
Escorça sensorial * - part de l'escorça cerebral encarregada de recollir i processar la informació rebuda dels sentits (ulls, llengua, nas, orelles, pell i aparell vestibular).
L'escorça d'associació* és la part de l'escorça parietal implicada en la implementació dels moviments planificats. Quan anem a realitzar qualsevol moviment, el nostre cervell ha de saber on es troben el cos i les seves parts que es mouran en aquell segon, així com on es troben els objectes de l'entorn extern amb els quals es planifica la interacció. Per exemple, vols agafar una tassa i el teu cervell ja sap on es troben la mà i la tassa en si.
Aquesta jerarquia funcional es deu a l'anatomia de les vies substància blanca*, que coordinen l'activitat neuronal sincronitzada i cognició*.
Substància blanca* - si la substància grisa està formada per neurones, aleshores la blanca està formada per axons coberts de mielina, al llarg dels quals es transmeten impulsos del cos cel·lular a altres cèl·lules i òrgans.
Cognició* (cognició): conjunt de processos associats a l'adquisició de nous coneixements sobre el món que l'envolta.
L'evolució de l'escorça cerebral en primats i el desenvolupament del cervell humà es caracteritzen per l'expansió i la remodelació dirigides de les àrees d'associació transmodal, que són la base de la representació sensorial de la informació i les regles abstractes per assolir els objectius.
El procés de desenvolupament del cervell requereix molt de temps, durant el qual hi ha molts processos de millora del cervell com a sistema: mielinització*, poda sinàptica* etcètera
Mielinització* - els oligodendròcits (un tipus de cèl·lules auxiliars del sistema nerviós) embolcallen una o altra part de l'axó, com a resultat de la qual cosa un oligodendròcit entra en contacte amb diverses neurones alhora. Com més actiu és l'axó, més forta és la seva mielinització, ja que això augmenta la seva eficiència.
Poda sinàptica* — reduir el nombre de sinapsis/neurones per augmentar l'eficiència del neurosistema, és a dir. desfer-se de connexions innecessàries. En altres paraules, es tracta de l'aplicació del principi "no quantitat, sinó qualitat".
Durant la formació del cervell, es forma una especificació funcional a l'escorça associativa transmodal, que afecta directament el desenvolupament de les funcions executives d'ordre superior, com ara memòria de treball*, flexibilitat cognitiva* и control inhibitori*.
Memòria de treball* — Sistema cognitiu d'emmagatzematge temporal d'informació. Aquest tipus de memòria s'activa en el moment dels processos de pensament actuals i està implicada en la presa de decisions i en la formació de respostes conductuals.
Flexibilitat cognitiva* - la capacitat de canviar d'un pensament a un altre i/o pensar en diverses coses alhora.
Control inhibitori* (resposta d'inhibició) - una funció executiva que supervisa la capacitat d'una persona per suprimir les seves respostes conductuals impulsives (naturals, habituals o dominants) als estímuls per tal d'implementar una resposta més adequada a una situació particular (estímul extern).
L'estudi de les connexions estructural-funcionals del cervell va començar fa força temps. Amb l'arribada de la teoria de les xarxes, es va fer possible visualitzar les relacions estructural-funcionals en sistemes neurobiològics i dividir-les en categories. En el seu nucli, la connectivitat estructural-funcional és la mesura en què la distribució de connexions anatòmiques en una regió del cervell manté l'activitat neuronal sincronitzada.
Es va trobar que hi ha una forta relació entre els indicadors de connectivitat estructural i funcional a diferents escales espacio-temporals. És a dir, mètodes d'estudi més moderns han permès classificar determinades zones del cervell segons les seves característiques funcionals associades a l'edat de la zona i la seva mida.
Tanmateix, els científics diuen que actualment hi ha poques evidències de com els canvis en l'arquitectura de la matèria blanca durant el desenvolupament del cervell humà mantenen fluctuacions coordinades en l'activitat neuronal.
La connectivitat estructural-funcional és la base de la comunicació funcional i es produeix quan el perfil de connectivitat interregional de substància blanca en una regió cortical prediu la força de la connectivitat funcional interregional. És a dir, l'activitat de la substància blanca es veurà reflectida en l'activació de les funcions executives del cervell, d'aquesta manera es podrà avaluar el grau de força de la connexió estructural-funcional.
Per descriure la relació estructural-funcional, els científics van proposar tres hipòtesis que es van provar durant l'estudi.
La primera hipòtesi afirma que la relació estructural-funcional reflectirà l'especialització funcional de l'àrea cortical. És a dir, la connexió estructural-funcional serà forta a l'escorça somatosensorial, a causa dels processos que determinen el desenvolupament primerenc de jerarquies sensorials especialitzades. En canvi, la connectivitat estructural-funcional serà baixa a l'escorça d'associació transmodal, on la comunicació funcional es pot debilitar a causa de limitacions genètiques i anatòmiques a causa de la ràpida expansió evolutiva.
La segona hipòtesi es basa en la mielinització depenent de l'activitat a llarg termini durant el desenvolupament i afirma que el desenvolupament de connexions estructural-funcionals es concentrarà a l'escorça d'associació transmodal.
La tercera hipòtesi: la relació estructural-funcional reflecteix l'especialització funcional de la regió cortical. Per tant, es pot suposar que una connexió estructural-funcional més forta a l'escorça associativa fronto-parietal estarà implicada en els càlculs especialitzats necessaris per a la implementació de les funcions executives.
Resultats de l'estudi
Per caracteritzar el desenvolupament d'interaccions estructurals-funcionals en adolescents, els investigadors van quantificar fins a quin punt les connexions estructurals a través de les regions del cervell admeten fluctuacions coordinades en l'activitat neuronal.
Utilitzant dades de neuroimatge multimodal de 727 participants d'entre 8 i 23 anys, es va realitzar una tractografia de difusió probabilística i es va avaluar la connectivitat funcional entre cada parell de regions corticals en temps d'execució. tasques n-back*relacionat amb l'activitat de la memòria de treball.
Tasca n-back* - una tècnica per estimular l'activitat de determinades zones del cervell i provar la memòria de treball. Es presenten al subjecte una sèrie d'estímuls (visuals, auditius, etc.). Ha de determinar i indicar si aquest o aquell estímul va ser fa n posicions. Per exemple: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problema 3-enrere, on una determinada lletra es va produir 3 posicions abans).
La connectivitat funcional en repòs reflecteix fluctuacions espontànies en l'activitat neuronal. En canvi, durant una tasca de memòria de treball, la connectivitat funcional pot millorar determinades connexions neuronals o poblacions implicades en funcions executives.
Imatge núm. 1: mesura de la connexió estructural-funcional del cervell humà.
Els nodes de les xarxes estructurals i funcionals del cervell es van identificar mitjançant una parcelització cortical de 400 zones basada en l'homogeneïtat funcional de les dades de ressonància magnètica dels participants de l'estudi. Per a cada participant de l'estudi, es van extreure perfils de connectivitat regional de cada fila de la matriu de connectivitat estructural o funcional i es van presentar com a vectors de força de connectivitat d'un node de xarxa neuronal a tots els altres nodes.
Per començar, els científics van comprovar si la distribució espacial de les relacions estructural-funcionals coincideix amb les propietats fonamentals de l'organització cortical.
Imatge #2
Val la pena assenyalar que la relació entre els perfils regionals de connectivitat estructural i funcional va variar molt a través de l'escorça (2A). Es va observar una connexió més forta a l'escorça prefrontal sensorial i medial primària. Però a les zones lateral, temporal i frontoparietal, la connexió era bastant feble.
Per a una avaluació més entenedora de la relació entre la connectivitat estructural-funcional i l'especialització funcional, es va calcular el coeficient de "participació", que és una representació gràfica de la definició quantitativa de connectivitat entre àrees funcionalment especialitzades del cervell. Cadascuna de les regions del cervell es va assignar a les set xarxes neuronals funcionals clàssiques. Els nodes neuronals del cervell amb un alt coeficient de participació demostren diferents comunicacions intermodulars (connexió entre regions cerebrals) i, per tant, poden influir en els processos de transferència d'informació entre regions, així com en la seva dinàmica. Però els nodes amb taxes de participació baixes mostren més connexions locals dins de la pròpia regió del cervell, més que entre diverses regions. En poques paraules, si el coeficient és alt, diferents parts del cervell interactuen activament entre elles; si és baixa, l'activitat es produeix dins de l'àrea sense comunicació amb les veïnes (2C).
A continuació, es va valorar la relació entre la variabilitat de la connectivitat estructural-funcional i la jerarquia funcional a macroescala. La connectivitat estructural-funcional coincideix en gran mesura amb el gradient principal de la connectivitat funcional: les àrees sensorials unimodals mostren una connectivitat estructural-funcional relativament forta, mentre que les regions transmodals a la part superior de la jerarquia funcional mostren una connectivitat més feble.2D).
També es va trobar que hi ha una forta correlació entre la relació estructural-funcional i l'expansió evolutiva de la superfície cortical (2E). Les àrees sensorials altament conservades tenien una connectivitat estructural-funcional relativament forta, mentre que les àrees transmodals molt esteses tenien una connectivitat més feble. Aquestes observacions donen suport a la hipòtesi que la relació estructural-funcional és un reflex de la jerarquia cortical de l'especialització funcional i l'expansió evolutiva.
Imatge #3
Els científics tornen a recordar que els estudis anteriors s'han centrat en gran mesura en l'estudi de la connectivitat estructural-funcional al cervell adult. En el mateix treball es va posar èmfasi en l'estudi del cervell, que encara es troba en procés de desenvolupament, és a dir. sobre l'estudi del cervell adolescent.
Es va trobar que les diferències relacionades amb l'edat en les connexions estructural-funcionals en el cervell adolescent estaven àmpliament distribuïdes a l'escorça temporal lateral, parietal inferior i prefrontal.3A). Els guanys de connectivitat es van distribuir de manera desproporcionada entre les regions corticals, és a dir. estaven presents en un subconjunt únic de regions corticals separades funcionalment (3V), que no es va observar al cervell adult.
El valor de les diferències d'edat en les relacions estructurals i funcionals es va correlacionar fortament amb el coeficient de participació funcional (3S) i gradient funcional (3D).
La distribució espacial de les diferències d'edat en les relacions estructurals i funcionals també correspon a l'expansió evolutiva de l'escorça. Es va observar un augment de la connectivitat relacionat amb l'edat a l'escorça d'associació expandida, mentre que es va observar una disminució de la connectivitat relacionada amb l'edat a l'escorça sensoriomotora altament conservada.3E).
En la següent fase de l'estudi, 294 participants es van sotmetre a un segon examen cerebral 1.7 anys després del primer. Així, va ser possible determinar la relació entre els canvis relacionats amb l'edat en la connectivitat estructural-funcional i els canvis intraindividuals en el desenvolupament. Per fer-ho, es va realitzar una avaluació dels canvis longitudinals en la connectivitat estructural-funcional.
Imatge #4
Es va trobar una correspondència significativa entre els canvis transversals i longitudinals relacionats amb l'edat en la relació estructural-funcional (4A).
Comprovar la relació dels canvis longitudinals en la connectivitat estructural-funcional (4B) i canvis longitudinals en el coeficient de participació funcional (4S) es va utilitzar la regressió lineal. Es va trobar que els canvis longitudinals en la connectivitat corresponien a canvis longitudinals en el coeficient de participació funcional a les àrees d'associació distribuïdes d'alt ordre, incloses les de l'escorça prefrontal dorsal i medial, l'escorça parietal inferior i l'escorça temporal lateral.4D).
Imatge #5
Aleshores, els científics van intentar entendre les conseqüències de les diferències individuals en les relacions estructurals-funcionals per al comportament. En particular, si la connectivitat estructural-funcional durant l'execució de tasques amb memòria de treball pot explicar el rendiment executiu. S'ha trobat que la millora en el rendiment executiu s'associa amb una connectivitat estructural-funcional més forta a l'escorça prefrontal rostrolateral, el gir cingulat posterior i l'escorça occipital medial.5A).
La totalitat de les observacions anteriors condueix a diverses conclusions principals. En primer lloc, els canvis regionals en la connectivitat estructural-funcional són inversament proporcionals a la complexitat de la funció de la qual és responsable una o altra àrea del cervell. S'ha trobat una relació estructural-funcional més forta a parts del cervell especialitzades en processar informació sensorial simple (com ara senyals visuals). I a les àrees del cervell implicades en processos més complexos (funció executiva i control inhibitori) hi havia una connectivitat estructural-funcional menor.
També s'ha trobat que la connectivitat estructural-funcional és coherent amb l'expansió cerebral evolutiva observada en els primats. Estudis comparatius del cervell d'humans, primats i micos han demostrat anteriorment que les àrees sensorials (com el sistema visual) estan molt conservades entre les espècies de primats i no s'han expandit gaire en l'evolució recent. Però les àrees associatives del cervell (per exemple, l'escorça prefrontal) han experimentat una expansió important. Potser aquesta expansió va afectar directament l'aparició d'habilitats cognitives complexes en humans. Es va trobar que les àrees del cervell que es van expandir ràpidament durant l'evolució tenien una connectivitat estructural-funcional més feble, mentre que les àrees sensorials simples en tenien de més fortes.
En nens i adolescents, la connexió estructural-funcional augmenta força activament a les zones frontals del cervell, que són responsables de la funció d'inhibició (és a dir, l'autocontrol). Així, el desenvolupament a llarg termini de la connectivitat estructural-funcional en aquestes àrees pot millorar la funció executiva i l'autocontrol, un procés que continua fins a l'edat adulta.
Per obtenir informació més detallada sobre els matisos de l'estudi, recomano que consulteu и A ell.
Epíleg
El cervell humà sempre ha estat i continuarà sent un dels més grans misteris de la humanitat. Aquest és un mecanisme increïblement complex que ha de realitzar moltes funcions, controlar molts processos i emmagatzemar grans quantitats d'informació. Per a molts pares, res és més misteriós que el cervell dels seus fills adolescents. El seu comportament a vegades és difícil d'anomenar lògic o constructiu, però això es deu al procés del seu desenvolupament biològic i formació social.
Per descomptat, els canvis en les connexions estructurals i funcionals de determinades parts del cervell i la influència dels canvis hormonals poden ser una justificació científica del comportament peculiar dels joves, però això no vol dir que no calgui dirigir-los. L'home no és per naturalesa un ésser associatiu. Si algú fuig d'altres persones, sens dubte no es deu a la nostra predisposició biològica. Per tant, la participació activa dels pares en la vida dels seus fills és un aspecte extremadament important del seu desenvolupament.
També s'ha d'entendre que fins i tot als tres anys, un nen ja és una persona amb el seu propi caràcter, els seus desitjos i la seva pròpia visió del món que l'envolta. Un pare no s'ha de fer invisible per al seu fill, deixant-lo flotar lliurement, però no s'ha de convertir en un mur de formigó armat que el protegeixi de conèixer món. En algun lloc cal empènyer, en algun lloc on aguantar, en algun lloc per donar total llibertat i en algun lloc, després d'haver demostrat l'autoritat dels pares, dir un "no" ferm, encara que el nen no estigui content amb això.
Ser pare és difícil, encara més ser un bon pare. Però ser adolescent tampoc és fàcil. El cos està canviant cap a fora, el cervell està canviant, l'entorn està canviant (hi havia una escola, i ara la universitat), el ritme de la vida està canviant. En el nostre temps, la vida sovint s'assembla a una fórmula 1, en la qual no hi ha lloc per a la lentitud. Però l'alta velocitat comporta molt de risc, de manera que un pilot sense experiència es pot ferir. La tasca d'un pare és convertir-se en entrenador del seu fill, per tal de deixar-lo anar al món amb calma en el futur, sense por pel seu futur.
Alguns pares es consideren més intel·ligents que altres, alguns estan preparats per implementar qualsevol consell que escoltin a Internet o d'un veí, i alguns són simplement "violetes" per a totes les subtileses de l'educació. Les persones són diferents, però de la mateixa manera que la comunicació entre els seus departaments és important en el cervell humà, la comunicació entre pares i fills té un dels papers més importants en l'educació.
Gràcies per mirar-nos, sigueu curiosos i passeu un bon cap de setmana a tothom! 🙂
Alguns anuncis 🙂
Gràcies per quedar-te amb nosaltres. T'agraden els nostres articles? Vols veure més contingut interessant? Doneu-nos suport fent una comanda o recomanant als amics, , un anàleg únic dels servidors d'entrada, que vam inventar per a vosaltres: (disponible amb RAID1 i RAID10, fins a 24 nuclis i fins a 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 vegades més barat al centre de dades Equinix Tier IV a Amsterdam? Només aquí als Països Baixos! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gbps 100 TB - a partir de 99 $! Llegeix sobre
Font: www.habr.com