Jedním z nejzáhadnějších a dosud zcela nepochopených "jevů" je lidský mozek. Kolem tohoto složitého orgánu se točí množství otázek: proč sníme sny, jak emoce ovlivňují rozhodování, které nervové buňky odpovídají za vnímání světla a zvuku, proč někteří lidé mají rádi šproty, zatímco jiní milují olivy? Všechny tyto otázky se týkají mozku, neboť je centrálním procesorem lidského těla. Mnoho let vědci věnovali zvláštní pozornost mozkům lidí, kteří se nějakým způsobem vyčleňovali z davu (od géniů-samouky po vypočítavé psychopaty). Existuje však kategorie lidí, jejichž zvláštní chování souvisí s jejich věkem – teenagery. Mnoho teenagerů má vyostřené cítění rozporu, dobrodružného ducha a neodolatelné touhy najít si dobrodružství na svou pátou část těla. Vědci z Pensylvánské univerzity se rozhodli podrobně prozkoumat tajemné mozky teenagerů a procesy, které v nich probíhají. O tom, co se jim podařilo zjistit, se dozvíme z jejich zprávy. Jdeme na to.
Základ výzkumu
Každé zařízení v technice a orgány v organismu mají svou vlastní architekturu, která jim umožňuje efektivně pracovat. Kůra lidského mozku je organizována podle funkční hierarchie, začínající od unimodální senzorické kůry* a končící transmodální asociativní kůrou*.
Senzorická kůra mozku* – část mozkové kůry, která odpovídá za sběr a zpracování informací získaných od smyslových orgánů (oči, jazyk, nos, uši, kůže a vestibulární aparát).
Asociativní kůra* – část parietální kůry mozku, která se podílí na realizaci plánovaných pohybů. Když se chystáme vykonat nějaký pohyb, náš mozek musí vědět, kde se v tu chvíli nachází tělo a jeho části, které se budou pohybovat, a také kde se nacházejí objekty vnějšího prostředí, s nimiž plánujeme interakci. Například, když chcete vzít kávovou šálek do rukou, váš mozek už ví, kde je ruka a samotný šálek.
Podobná funkční hierarchie je dána anatomií cest bílé hmoty*, které koordinují synchronizovanou neuronální aktivitu a kognici*.
Bílá hmota* — pokud šedá hmota se skládá z neuronů, pak bílá se skládá z mielinovaných axonů, kterými jsou impulsy přenášeny od těla buňky k jiným buňkám a orgánům.
Kognice* (poznání) — souhrn procesů spojených se získáváním nových znalostí o okolním světě.
Evoluce kůry mozku u primátů a vývoj mozku člověka se vyznačuje cíleným rozšiřováním a remodelováním transmodálních asociativních oblastí, které jsou základem procesů senzorického zpracování informací a abstraktních pravidel dosahování cíle.
Proces vývoje mozku trvá značný čas, během něhož probíhá množství procesů zdokonalování mozku jako systému: mielinizace*, synaptický pruning* atd.
Mielinizace* — oligodendrocyty (typ podporných buněk nervového systému) obalují určitou část axonu, přičemž jeden oligodendrocyt se spojuje hned s několika neurony. Čím aktivnější je axon, tím silnější je jeho mielinizace, protože to zvyšuje jeho efektivitu.
Synaptický pruning* — snížení počtu synapsí/neuronů za účelem zvýšení efektivity práce neuro-systému, tedy zbavení se nadbytečných spojení. Jinými slovy, je to realizace principu „ne množstvím, ale kvalitou“.
Během vývoje mozku se vytváří funkční specifikace v transmodální asociativní kůře, což přímo ovlivňuje rozvoj vysoce kvalitních exekutivních funkcí, jako jsou pracovní paměť*, kognitivní flexibilita* a inhibiční kontrola*.
Pracovní paměť* — kognitivní systém dočasného uchovávání informací. Tento typ paměti se aktivuje během aktuálních myšlenkových procesů a podílí se na rozhodování a formování behaviorálních reakcí.
Kognitivní flexibilita* — schopnost přepínat se z jedné myšlenky na druhou a/nebo zvažovat několik věcí najednou.
Inhibiční kontrola* (reakce inhibice) — exekutivní funkce, která dohlíží na schopnost člověka potlačit jeho impulzivní (přirozené, obvyklé nebo dominantní) behaviorální reakce na podněty, aby bylo možné realizovat vhodnější odpověď na konkrétní situaci (vnější podnět).
Studium strukturo-funkčních vazeb v mozku začalo již poměrně dávno. S příchodem teorie sítí se objevila možnost vizualizovat strukturo-funkční vazby v neurobiologických systémech a rozdělit je do kategorií. Strukturo-funkční vazba je v podstatě míra, do jaké rozložení anatomických spojení v oblasti mozku podporuje synchronizovanou neuronovou aktivitu.
Bylo zjištěno, že existuje silná vazba mezi ukazateli strukturální a funkční konektivity v různých prostorově-časových měřítkách. Jinými slovy, modernější metody studia umožnily kategorizovat určité oblasti mozku podle jejich funkčních vlastností souvisejících s věkem oblasti a její velikostí.
Nicméně, jak tvrdí vědci, v současnosti prakticky neexistují data o tom, jak změny v architektuře bílé hmoty během vývoje lidského mozku podporují koherentní oscilace neuronové aktivity.
Strukturo-funkční vazba je základem pro funkční komunikaci a dochází k ní, když profil meziregionálních spojení bílé hmoty v kortikální oblasti předpovídá sílu meziregionální funkční vazby. To znamená, že aktivita bílé hmoty se projeví v aktivaci exekutivních funkcí mozku, čímž lze posoudit míru síly strukturo-funkční vazby.
Pro popis strukturo-funkční vazby vědci navrhli tři hypotézy, které byly ověřeny během výzkumu.
První hypotéza tvrdí, že strukturo-funkční vazba bude odrážet funkční specializaci kortikální oblasti. To znamená, že strukturo-funkční vazba bude silná v somatosenzorické kůře, díky procesům, které určují raný vývoj specializovaných senzorických hierarchií. Naopak, strukturo-funkční vazba bude nízká v transmódní asociativní kůře, kde může být funkční komunikace oslabená z důvodu genetických a anatomických omezení v důsledku rychlé evoluční expanze.
Druhá hypotéza se zakládá na dlouhodobé myelinizaci závislé na aktivitě během vývoje a tvrdí, že vývoj strukturovaně-funkčních vazeb bude soustředěn v transmodální asociativní kůře.
Třetí hypotéza: strukturovaně-funkční vazba odráží funkční specializaci kortikální oblasti. Je tedy možné předpokládat, že silnější strukturovaně-funkční vazba v frontotemporální asociativní kůře se podílí na specializovaných výpočtech potřebných pro realizaci exekutivních funkcí.
Výsledky výzkumu
Aby mohli vědci charakterizovat rozvoj strukturovaně-funkční interakce u dospívajících, provedli kvantitativní hodnocení míry, v níž strukturované vazby různých částí mozku podporují koordinované oscilace neuronové aktivity.
S využitím multimodálních údajů o neurozobrazování od 727 účastníků ve věku od 8 do 23 let byla provedena pravděpodobnostní difuzní trakcí a hodnocení funkční konektivity mezi každým párem kortikálních oblastí během plnění úkolu n-zpět*, spojeného s aktivitou pracovní paměti.
Úkol n-zpět* — metoda stimulace aktivity určitých oblastí mozku a testování pracovní paměti. Účastníkovi je předložen soubor podnětů (vizuálních, zvukových atd.). Musí určit a uvést, zda byl daný podnět n pozic zpět. Například: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R (úkol 3-zpět, kde se určitý znak objevil 3 pozice zpět).
Funkční konektivita v klidovém stavu zobrazuje spontánní oscilace neuronové aktivity. Během plnění úkolu pracovní paměti může funkční konektivita posilovat určité nervové spojení nebo populace zapojené do exekutivních funkcí.
Obrázek č. 1: měření strukturovaně-funkční vazby lidského mozku.
Uzly ve strukturálních a funkčních sítích mozku byly definovány pomocí 400zónové kortikální parcelace (rozdělení na zóny), založené na funkční homogennosti v datech MRI účastníků studie. Pro každého účastníka studie byly regionální profily propojenosti extrahovány z každého řádku strukturální nebo funkční matice propojenosti a prezentovány jako vektory síly propojenosti od jednoho uzlu nervové sítě ke všem ostatním uzlům.
Na začátku vědci zkontrolovali, zda prostorové rozložení strukturálně-funkčních vazeb odpovídá základním vlastnostem kortikální organizace.
Obrázek č. 2
Je třeba poznamenat, že vztah mezi regionálními profily strukturální a funkční propojenosti se výrazně lišil v celé kůře (2A). Silnější vazba byla pozorována v primární senzorické a mediální prefrontální kůře. Naopak v laterální, temporální a fronto-temporální oblasti byla vazba poměrně slabá.
Pro srozumitelnější hodnocení byla mezi strukturálně-funkční vazbou a funkční specializací vypočtena míra „účasti“, která představuje grafickou reprezentaci kvantitativního určení propojenosti mezi funkčně specializovanými oblastmi mozku. Každá oblast mozku byla zařazena do sedmi klasických funkčních neuronových sítí. Neuronové uzly mozku s vysokým koeficientem účasti vykazují různou intermodulární vazbu (vazbu mezi oblastmi mozku) a mohou tak ovlivňovat procesy přenosu informací mezi oblastmi a také jejich dynamiku. Naopak uzly s nízkým koeficientem účasti vykazují spíše lokální spojení uvnitř samotné oblasti mozku, nikoli mezi několika oblastmi. Jinými slovy, pokud je koeficient vysoký — různé oblasti mozku aktivně interagují navzájem, pokud je nízký — aktivita probíhá uvnitř oblasti bez spojení s okolními.2C).
Dále byla provedena hodnocení variability strukturálně-funkční propojenosti a makroměřítkové funkční hierarchie. Strukturálně-funkční propojení v podstatě odpovídá hlavnímu gradientu funkční propojenosti: unimodální senzorické oblasti vykazují relativně silné strukturálně-funkční propojení, zatímco transmodální oblasti na vrcholu funkční hierarchie vykazují slabší propojení (2D).
Bylo také zjištěno, že existuje silná korelace mezi strukturálně-funkčním propojením a evolučním rozšířením povrchu kůry (2E). Vysokokonservativní senzorické oblasti měly relativně silné strukturálně-funkční propojení, zatímco silně rozšířené transmodální oblasti měly slabší propojení. Taková pozorování plně potvrzují hypotézu, že strukturálně-funkční propojení odráží kortikální hierarchii funkční specializace a evoluční rozšíření.
Obrázek č. 3
Vědci ještě jednou připomínají, že předchozí studie se většinou zaměřovaly na zkoumání strukturálně-funkční propojenosti v mozku dospělého člověka. V této práci byl důraz kladen na studium mozku, který je stále v procesu vývoje, tj. na studium mozku adolescenta.
Bylo zjištěno, že v mozku adolescentů byly věkové rozdíly ve strukturálně-funkčních propojeních široce rozloženy po laterální spánkové, dolní parietální a prefrontální kůře (3A). Zesílení propojenosti byla nepoměrně rozložena po oblastech kůry, tj. byla přítomna v unikátním podmnožství funkčně oddělených oblastí kůry (3B), což nebylo pozorováno v mozku dospělého člověka.
Množství věkových rozdílů ve strukturálně-funkčních propojeních silně korelovalo s koeficientem funkční účasti (3C) a funkčním gradientem (3D).
Prostorové rozložení věkových rozdílů ve strukturo-funkčních spojích také odpovídalo evolučnímu rozšíření kůry. Věkové zvýšení konektivity bylo pozorováno ve rozšířené asociativní kůře mozku, zatímco věkové snížení konektivity bylo zaznamenáno ve vysoce konzervativní senzoricko-motorické kůře (3E).
V dalším kroku studie 294 účastníků podstoupilo vyšetření mozku 1,7 roku po prvním. Takto bylo možné stanovit vztah mezi věkovými změnami strukturo-funkční konektivity a intraindividuálními změnami ve vývoji. K tomu byla provedena hodnocení longitudinálních změn ve strukturo-funkční konektivitě.
Obrázek č. 4
Bylo zjištěno významné soulady mezi příčnými a longitudinálními věkovými změnami na strukturo-funkční spojení (4A).
Pro ověření vztahu longitudinálních změn ve strukturo-funkční konektivitě (4B) a longitudinálních změn koeficientu funkční účasti (4С) byla použita lineární regrese. Bylo zjištěno, že longitudinální změny konektivity odpovídaly longitudinálním změnám koeficientu funkční účasti v rozptýlených asociativních oblastech vysokého řádu, včetně dorzální a mediální prefrontální kůry, dolní parietální kůry a laterálně temporální kůry (4D).
Obrázek č. 5
Vědci se pak snažili pochopit důsledky individuálních rozdílů ve strukturo-funkčních spojích pro chování. Konkrétně, zda může strukturo-funkční konektivita během úkolu s pracovní pamětí vysvětlit výkonnost při plnění úkolů. Bylo zjištěno, že zlepšení vykonávání úkolů souvisí se silnější struктuro-funkční konektivitou v rostrolaterální prefrontální kůře, zadní cingulární závit a mediální okcipitální kůře (5A).
Shromáždění výše uvedených pozorování naznačuje několik základních závěrů. Za prvé, regionální změny ve strukturálně-funkčním propojení jsou nepřímo úměrné složitosti funkce, za kterou odpovídá ta či ona oblast mozku. Silnější strukturálně-funkční propojení bylo zjištěno v částech mozku, které se specializují na zpracování jednoduchých senzorických informací (například vizuálních signálů). A v oblastech mozku, které se podílejí na složitějších procesech (exekutivní funkce a inhibiční kontrola), bylo nižší strukturálně-funkční propojení.
Bylo také zjištěno, že strukturálně-funkční propojení souvisí s evolučním rozšířením mozku, které je pozorováno u primátů. Dříve byly prováděny srovnávací studie mozku člověka, primáta a opice, které ukázaly, že senzorické oblasti (například zrakový systém) jsou mezi druhy primátů velmi konzervativní a během nedávné evoluce se příliš nerozšířily. Naopak asociativní oblasti mozku (například prefrontální kůra) podstoupily značné rozšíření. Možná toto rozšíření přímo ovlivnilo vznik složitých kognitivních schopností u člověka. Bylo zjištěno, že oblasti mozku, které se během evoluce rychle rozšiřovaly, měly slabší strukturálně-funkční propojení, zatímco jednoduché senzorické oblasti – silnější.
U dětí a dospívajících se strukturálně-funkční propojení aktivně zvyšuje v čelních oblastech mozku, které odpovídají za funkci inhibice (tedy sebekontrolu). Takže dlouhotrvající rozvoj strukturálně-funkčního propojení v těchto oblastech může zlepšit exekutivní funkci a sebekontrolu, jejíž proces vývoje pokračuje i v dospělosti.
Pro podrobnější seznámení s nuancemi výzkumu doporučuji nahlédnout do a k ní.
Epilog
Lidský mozek byl vždy jednou z největších záhad lidstva a ještě dlouho bude. Je to neuvěřitelně složitý mechanismus, který musí plnit řadu funkcí, řídit mnoho procesů a ukládat obrovské objemy informací. Pro mnohé rodiče neexistuje nic tajemnějšího než mozek jejich dospívajících dětí. Jejich chování někdy nelze označit za logické nebo konstruktivní, což lze však vysvětlit procesem jejich biologického vývoje a společenského ustavení.
Samozřejmě, změny ve strukturně-funkčních vazbách různých oblastí mozku a vliv hormonálních přestaveb mohou být vědeckým odůvodněním zvláštního chování mladých lidí, ale to neznamená, že je není třeba vést. Člověk není svou podstatou antisociální bytost. Pokud se někdo straní ostatních, rozhodně to není kvůli naší biologické predispozici. Aktivní zapojení rodičů do života jejich dětí je proto nesmírně důležitým aspektem jejich rozvoje.
Je také důležité pochopit, že i tříleté dítě už je osobností se svým charakterem, svými přáními a svým pohledem na okolní svět. Rodič by neměl být pro své dítě neviditelný tím, že ho pustí na volnou plavbu, ale také se nesmí měnit v železobetonovou zeď, která ho chrání před poznáváním světa. Někde je třeba povzbudit, někde zadržet, někde poskytnout plnou svobodu a jinde, s projevem rodičovské autority, říci pevné „ne“, i kdyby to dítěti způsobilo nespokojenost.
Být rodičem je obtížné, ještě obtížnější je být dobrým rodičem. Ale být dospívajícím také není jednoduché. Tělo se venkovně mění, mozek se mění, okolí se mění (byla škola a nyní je to univerzita), mění se rytmus života. V dnešní době život často připomíná závody formule 1, kde není místo pro pomalost. Ale vysoká rychlost je spojena s větším rizikem, takže nezkušený závodník může utrpět. Úkolem rodiče je stát se trenérem svého dítěte, aby ho později mohli bez obav pustit do světa a nezapochybovat o jeho budoucnosti.
Někteří rodiče se považují za chytřejší než ostatní, někteří jsou ochotni přijmout jakoukoli radu, kterou slyšeli na internetu nebo od sousedky, a někomu je prostě „jedno“ na všechny nuansy výchovy. Lidé jsou různí, ale stejně jako v lidském mozku je důležitá komunikace mezi jeho odděleními, hraje v výchově jednu z nejdůležitějších rolí komunikace mezi rodiči a jejich dětmi.
Děkuji za pozornost, zůstaňte zvědaví a přeji všem skvělé víkendy, kamarádi! 🙂
Malá reklama 🙂
Děkujeme, že s námi zůstáváte. Líbí se vám naše články? Chcete vidět více zajímavých materiálů? Podpořte nás objednávkou nebo doporučením známým, , unikátní alternativa entry-level serverů, kterou jsme pro vás vymysleli: (k dispozici varianty s RAID1 a RAID10, až 24 jader a až 40GB DDR4).
Dell R730xd je dvakrát levnější v datovém centru Equinix Tier IV v Amsterdamu? Jen u nás v Nizozemsku! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — od 99 $! Čtěte o tom
Zdroj: habr.com
