Jedním z nejzáhadnějších a ne zcela pochopených „jevů“ je lidský mozek. Mnoho otázek se točí kolem tohoto složitého orgánu: proč sníme, jak emoce ovlivňují rozhodování, které nervové buňky jsou zodpovědné za vnímání světla a zvuku, proč někteří lidé mají rádi šproty, zatímco jiní milují olivy? Všechny tyto otázky se týkají mozku, protože ten je centrálním procesorem lidského těla. Vědci léta věnovali zvláštní pozornost mozkům lidí, kteří nějak vyčnívají z davu (od géniů samouků po vypočítavé psychopaty). Existuje ale kategorie lidí, jejichž neobvyklé chování je spojeno s jejich věkem – teenageři. Mnoho teenagerů má zvýšený smysl pro rozpor, dobrodružného ducha a neodolatelnou touhu najít dobrodružství na svém zadku. Vědci z Pennsylvánské univerzity se rozhodli blíže podívat na tajemné mozky dospívajících a procesy, které v nich probíhají. Co se jim podařilo zjistit, se dozvíme z jejich zprávy. Jít.
Výzkumná základna
Jakékoli zařízení v technologii a orgán v těle mají svou vlastní architekturu, která jim umožňuje pracovat efektivně. Lidská mozková kůra je organizována podle funkčních hierarchií od unimodálních smyslová kůra* a končící na transmodální asociační kůra*.
Smyslová kůra * - část mozkové kůry zodpovědná za sběr a zpracování informací přijatých ze smyslů (oči, jazyk, nos, uši, kůže a vestibulární aparát).
Asociační kůra* je část parietálního kortexu zapojená do provádění plánovaných pohybů. Když se chystáme provést jakýkoli pohyb, náš mozek musí vědět, kde se v tu vteřinu nachází tělo a jeho části, které se budou pohybovat, a také kde se nacházejí objekty vnějšího prostředí, se kterými se plánuje interakce. Například chcete zvednout šálek a váš mozek už ví, kde se ruka a samotný šálek nacházejí.
Tato funkční hierarchie je dána anatomií drah bílá hmota*, které koordinují synchronizovanou nervovou aktivitu a poznání*.
Bílá hmota* - pokud se šedá hmota skládá z neuronů, pak bílou tvoří axony pokryté myelinem, po kterých se přenášejí impulsy z těla buňky do dalších buněk a orgánů.
Poznání* (poznávání) - soubor procesů spojených se získáváním nových znalostí týkajících se okolního světa.
Evoluci mozkové kůry u primátů a vývoj lidského mozku charakterizuje cílené rozšiřování a remodelace transmodálních asociačních oblastí, které jsou základem smyslové reprezentace informací a abstraktních pravidel pro dosahování cílů.
Proces vývoje mozku trvá hodně času, během kterého existuje mnoho procesů zlepšování mozku jako systému: myelinizace*, synaptické prořezávání* atd.
myelinizace* - oligodendrocyty (druh pomocných buněk nervového systému) obalují jednu nebo druhou část axonu, v důsledku čehož jeden oligodendrocyt kontaktuje několik neuronů najednou. Čím aktivnější je axon, tím silnější je jeho myelinizace, protože to zvyšuje jeho účinnost.
Synaptické prořezávání* — snížení počtu synapsí/neuronů pro zvýšení účinnosti neuro-systému, tzn. zbavit se zbytečných spojení. Jinými slovy, jde o implementaci principu „ne kvantita, ale kvalita“.
Při formování mozku se v transmodální asociativní kůře tvoří funkční specifikace, která přímo ovlivňuje rozvoj exekutivních funkcí vyššího řádu, jako je např. pracovní paměť*, kognitivní flexibilita* и inhibiční kontrola*.
Pracovní paměť* — kognitivní systém dočasného uchovávání informací. Tento typ paměti se aktivuje v momentě aktuálních myšlenkových procesů a podílí se na rozhodování a vytváření behaviorálních reakcí.
Kognitivní flexibilita* - schopnost přecházet z jedné myšlenky na druhou a/nebo přemýšlet o několika věcech v jeden okamžik.
Inhibiční kontrola* (inhibiční reakce) - exekutivní funkce, která dohlíží na schopnost člověka potlačit jeho impulzivní (přirozené, navyklé nebo dominantní) reakce chování na podněty za účelem realizace vhodnější reakce na konkrétní situaci (vnější podnět).
Studium strukturně-funkčních spojení mozku začalo již poměrně dávno. S příchodem teorie sítí bylo možné vizualizovat strukturně-funkční vztahy v neurobiologických systémech a rozdělit je do kategorií. Ve svém jádru je strukturně-funkční konektivita rozsah, ve kterém distribuce anatomických spojení v oblasti mozku udržuje synchronizovanou nervovou aktivitu.
Bylo zjištěno, že existuje silný vztah mezi indikátory strukturální a funkční konektivity na různých časoprostorových měřítcích. Jinými slovy, modernější metody studia umožnily kategorizovat určité oblasti mozku podle jejich funkčních vlastností spojených se stářím oblasti a její velikostí.
Vědci však tvrdí, že v současné době existuje jen málo důkazů o tom, jak změny v architektuře bílé hmoty během vývoje lidského mozku udržují koordinované fluktuace neuronální aktivity.
Strukturálně-funkční konektivita je základem funkční komunikace a nastává, když profil meziregionální konektivity bílé hmoty v kortikální oblasti předpovídá sílu meziregionální funkční konektivity. To znamená, že aktivita bílé hmoty se projeví v aktivaci exekutivních funkcí mozku, čímž bude možné posoudit míru síly strukturně-funkčního spojení.
K popisu strukturně-funkčního vztahu vědci předložili tři hypotézy, které byly během studie testovány.
První hypotéza říká, že strukturně-funkční vztah bude odrážet funkční specializaci korové oblasti. To znamená, že strukturně-funkční spojení bude silné v somatosenzorickém kortexu díky procesům, které určují raný vývoj specializovaných smyslových hierarchií. Naproti tomu strukturně-funkční konektivita bude nízká v transmodální asociační kůře, kde může být funkční komunikace oslabena v důsledku genetických a anatomických omezení v důsledku rychlé evoluční expanze.
Druhá hypotéza je založena na dlouhodobé aktivitě závislé myelinizaci během vývoje a uvádí, že vývoj strukturně-funkčních spojení bude soustředěn v transmodální asociační kůře.
Třetí hypotéza: strukturně-funkční vztah odráží funkční specializaci korové oblasti. Lze tedy předpokládat, že pevnější strukturně-funkční spojení ve fronto-parietálním asociativním kortexu bude zapojeno do specializovaných výpočtů nezbytných pro realizaci exekutivních funkcí.
Výsledky výzkumu
Aby bylo možné charakterizovat vývoj strukturně-funkčních interakcí u adolescentů, vědci kvantifikovali, do jaké míry strukturální spojení napříč oblastmi mozku podporují koordinované fluktuace nervové aktivity.
Pomocí multimodálních neurozobrazovacích dat od 727 účastníků ve věku 8 až 23 let byla provedena pravděpodobnostní difúzní traktografie a funkční konektivita mezi každým párem kortikálních oblastí byla hodnocena za běhu. úkoly n-back*spojené s aktivitou pracovní paměti.
Úkol n-back* - technika stimulace činnosti určitých oblastí mozku a testování pracovní paměti. Předmět je prezentován řadou podnětů (zrakových, sluchových atd.). Musí určit a uvést, zda ten či onen podnět byl před n pozicemi. Například: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problém 3-zpět, kde se určité písmeno vyskytlo o 3 pozice dříve).
Funkční konektivita v klidu odráží spontánní výkyvy nervové aktivity. Naproti tomu během úlohy pracovní paměti může funkční konektivita posílit určitá nervová spojení nebo populace zapojené do výkonných funkcí.
Obrázek č. 1: měření strukturně-funkčního propojení lidského mozku.
Uzly ve strukturních a funkčních sítích mozku byly identifikovány pomocí 400zónové kortikální parcelizace založené na funkční homogenitě v datech MRI účastníků studie. Pro každého účastníka studie byly z každého řádku strukturní nebo funkční matice konektivity extrahovány regionální profily konektivity a prezentovány jako vektory síly konektivity z jednoho uzlu neuronové sítě do všech ostatních uzlů.
Nejprve vědci zkontrolovali, zda se prostorová distribuce strukturně-funkčních vztahů shoduje se základními vlastnostmi kortikální organizace.
Obrázek č. 2
Stojí za zmínku, že vztah mezi regionálními profily strukturální a funkční konektivity se napříč kůrou značně lišil (2A). Silnější spojení bylo pozorováno v primárním senzorickém a mediálním prefrontálním kortexu. Ale v laterálních, temporálních a fronto-parietálních oblastech bylo spojení spíše slabé.
Pro srozumitelnější posouzení vztahu strukturně-funkční konektivity a funkční specializace byl vypočten koeficient „participace“, který je grafickým znázorněním kvantitativní definice konektivity mezi funkčně specializovanými oblastmi mozku. Každá z oblastí mozku byla přiřazena k sedmi klasickým funkčním neuronovým sítím. Neuronální uzly mozku s vysokým koeficientem participace vykazují odlišnou intermodulární komunikaci (spojení mezi oblastmi mozku), a proto mohou ovlivňovat procesy přenosu informací mezi oblastmi i jejich dynamiku. Ale uzly s nízkou mírou účasti vykazují více lokálních spojení v rámci samotné oblasti mozku, spíše než napříč více oblastmi. Jednoduše řečeno, pokud je koeficient vysoký, různé části mozku spolu aktivně interagují, pokud je nízký, dochází k aktivitě v oblasti bez komunikace se sousedními (2C).
Dále bylo provedeno posouzení vztahu mezi variabilitou strukturně-funkční konektivity a makroškálovou funkční hierarchií. Strukturálně-funkční konektivita se do značné míry shoduje s hlavním gradientem funkční konektivity: unimodální senzorické oblasti vykazují relativně silnou strukturně-funkční konektivitu, zatímco transmodální oblasti na vrcholu funkční hierarchie vykazují slabší konektivitu (2D).
Bylo také zjištěno, že existuje silná korelace mezi strukturně-funkčním vztahem a evoluční expanzí kortikálního povrchu (2E). Vysoce konzervované senzorické oblasti měly relativně silnou strukturně-funkční konektivitu, zatímco vysoce rozšířené transmodální oblasti měly konektivitu slabší. Taková pozorování plně podporují hypotézu, že strukturně-funkční vztah je odrazem kortikální hierarchie funkční specializace a evoluční expanze.
Obrázek č. 3
Vědci znovu připomínají, že předchozí studie se z velké části zaměřovaly na studium strukturně-funkční konektivity v mozku dospělých. V téže práci byl kladen důraz na studium mozku, který je stále v procesu vývoje, tzn. o studiu mozku dospívajících.
Bylo zjištěno, že věkově podmíněné rozdíly ve strukturně-funkčních vztazích v mozku dospívajících byly široce distribuovány v laterální temporální, inferiorní parietální a prefrontální kůře (3А). Zisky konektivity byly neúměrně distribuovány napříč kortikálními oblastmi, tzn. byly přítomny v jedinečné podskupině funkčně oddělených kortikálních oblastí (3V), která nebyla pozorována v dospělém mozku.
Hodnota věkových rozdílů ve strukturálních a funkčních vztazích silně koreluje s koeficientem funkční participace (3S) a funkční gradient (3D).
Evoluční expanzi kortexu odpovídalo i prostorové rozložení věkových rozdílů ve strukturních a funkčních vztazích. Věkem podmíněné zvýšení konektivity bylo pozorováno v rozšířené asociační kůře, zatímco věkem podmíněné snížení konektivity bylo pozorováno ve vysoce konzervované senzomotorické kůře (3E).
V další fázi studie podstoupilo 294 účastníků druhé vyšetření mozku 1.7 roku po prvním. Podařilo se tak určit vztah mezi věkovými změnami ve strukturně-funkční konektivitě a intraindividuálními změnami ve vývoji. K tomu bylo provedeno posouzení podélných změn ve strukturně-funkční návaznosti.
Obrázek č. 4
Byla zjištěna významná korespondence mezi příčnými a podélnými změnami souvisejícími s věkem ve strukturně-funkčním vztahu (4А).
Testovat vztah podélných změn strukturně-funkční konektivity (4B) a longitudinální změny koeficientu funkční participace (4S) byla použita lineární regrese. Bylo zjištěno, že podélné změny v konektivitě odpovídají longitudinálním změnám v koeficientu funkční účasti v distribuovaných asociačních oblastech vysokého řádu, včetně těch v dorzálním a mediálním prefrontálním kortexu, dolním parietálním kortexu a laterálním temporálním kortexu (4D).
Obrázek č. 5
Vědci se pak snažili pochopit důsledky individuálních rozdílů ve strukturně-funkčních vztazích na chování. Zejména to, zda strukturně-funkční konektivita během provádění úlohy s pracovní pamětí může vysvětlit výkon exekutivy. Bylo zjištěno, že zlepšení exekutivního výkonu je spojeno se silnější strukturně-funkční konektivitou v rostrolaterální prefrontální kůře, zadní cingulární kůře a mediálním okcipitálním kortexu (5A).
Souhrn výše uvedených pozorování vede k několika hlavním závěrům. Za prvé, regionální změny ve strukturně-funkční konektivitě jsou nepřímo úměrné složitosti funkce, za kterou je odpovědná jedna nebo druhá oblast mozku. Silnější strukturně-funkční vztah byl nalezen v částech mozku, které se specializují na zpracování jednoduchých smyslových informací (jako jsou vizuální podněty). A v oblastech mozku zapojených do složitějších procesů (výkonná funkce a inhibiční řízení) byla nižší strukturně-funkční konektivita.
Bylo také zjištěno, že strukturně-funkční konektivita je v souladu s evoluční expanzí mozku pozorovanou u primátů. Srovnávací studie mozků lidí, primátů a opic již dříve ukázaly, že smyslové oblasti (jako je zrakový systém) jsou u druhů primátů velmi konzervované a v nedávné evoluci se příliš nerozšířily. Ale asociativní oblasti mozku (například prefrontální kůra) prošly výrazným rozšířením. Možná tato expanze přímo ovlivnila vznik komplexních kognitivních schopností u lidí. Bylo zjištěno, že oblasti mozku, které se během evoluce rychle rozšiřovaly, měly slabší strukturně-funkční konektivitu, zatímco jednoduché senzorické oblasti měly silnější.
U dětí a dospívajících se strukturně-funkční spojení poměrně aktivně zvyšuje ve frontálních oblastech mozku, které jsou zodpovědné za funkci inhibice (tj. sebekontroly). Dlouhodobý rozvoj strukturně-funkční konektivity v těchto oblastech tedy může zlepšit výkonnou funkci a sebekontrolu, což je proces, který pokračuje až do dospělosti.
Pro podrobnější informace o nuancích studie doporučuji podívat se na и jemu.
Epilog
Lidský mozek vždy byl a bude jednou z největších záhad lidstva. Jedná se o neuvěřitelně složitý mechanismus, který musí vykonávat mnoho funkcí, řídit mnoho procesů a uchovávat obrovské množství informací. Pro mnoho rodičů není nic záhadnějšího než mozek jejich dospívajících dětí. Jejich chování je někdy těžké nazvat logickým nebo konstruktivním, ale to je dáno procesem jejich biologického vývoje a sociálního utváření.
Vědeckým zdůvodněním zvláštního chování mladých lidí samozřejmě mohou být změny ve strukturálních a funkčních spojeních určitých částí mozku a vliv hormonálních změn, ale to neznamená, že je není třeba usměrňovat. Člověk od přírody není asociální bytost. Pokud se někdo straní jiných lidí, rozhodně to není dáno naší biologickou predispozicí. Proto je aktivní účast rodičů na životě jejich dětí nesmírně důležitým aspektem jejich rozvoje.
Je třeba také chápat, že i ve třech letech je dítě již člověkem s vlastním charakterem, svými touhami a vlastním pohledem na svět kolem sebe. Rodič by se pro své dítě neměl stát neviditelným, nechat ho volně plout, ale neměl by se proměnit v železobetonovou zeď, která ho chrání před poznáním světa. Někde je potřeba zatlačit, někde držet, někde dát úplnou svobodu a někde po projevení rodičovské autority říct pevné „ne“, i když s tím dítě není spokojeno.
Být rodičem je těžké a ještě těžší být dobrým rodičem. Být teenagerem ale také není jednoduché. Tělo se mění navenek, mění se mozek, mění se prostředí (byla škola a nyní univerzita), mění se rytmus života. V naší době život často připomíná formuli 1, na které není místo pro pomalost. Ale vysoká rychlost je spojena s velkým rizikem, takže nezkušený jezdec se může zranit. Úkolem rodiče je stát se trenérem svého dítěte, aby ho v budoucnu klidně pustil do světa, beze strachu o svou budoucnost.
Někteří rodiče se považují za chytřejší než jiní, někteří jsou připraveni implementovat jakoukoli radu, kterou slyší na internetu nebo od souseda, a někteří jsou prostě „fialoví“ pro všechny jemnosti výchovy. Lidé jsou různí, ale stejně jako je v lidském mozku důležitá komunikace mezi jeho odděleními, tak komunikace mezi rodiči a jejich dětmi hraje jednu z nejdůležitějších rolí ve vzdělávání.
Děkujeme za sledování, zůstaňte zvědaví a přeji všem krásný víkend! 🙂
Nějaké inzeráty 🙂
Děkujeme, že s námi zůstáváte. Líbí se vám naše články? Chcete vidět více zajímavého obsahu? Podpořte nás objednávkou nebo doporučením přátelům, , jedinečný analog serverů základní úrovně, který jsme pro vás vymysleli: (k dispozici s RAID1 a RAID10, až 24 jader a až 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2krát levnější v datovém centru Equinix Tier IV v Amsterdamu? Pouze zde V Nizozemsku! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gb/s 100 TB – od 99 $! Číst o
Zdroj: www.habr.com