Et af de mest mystiske og ikke fuldt forståede "fænomener" er den menneskelige hjerne. Mange spørgsmål kredser om dette komplekse organ: hvorfor drømmer vi, hvordan påvirker følelser beslutningstagning, hvilke nerveceller er ansvarlige for opfattelsen af lys og lyd, hvorfor kan nogle mennesker lide brisling, mens andre elsker oliven? Alle disse spørgsmål vedrører hjernen, fordi den er den centrale processor i den menneskelige krop. I årevis har videnskabsmænd været særligt opmærksomme på hjernen hos mennesker, der på en eller anden måde skiller sig ud fra mængden (fra selvlærte genier til beregnende psykopater). Men der er en kategori af mennesker, hvis usædvanlige adfærd er forbundet med deres alder - teenagere. Mange teenagere har en øget følelse af selvmodsigelse, en eventyrlyst og et uimodståeligt ønske om at finde eventyr på deres røv. Forskere fra University of Pennsylvania besluttede at se nærmere på unges mystiske hjerner og de processer, der finder sted i dem. Hvad de formåede at finde ud af, vil vi lære af deres rapport. Gå.
Forskningsgrundlag
Enhver enhed inden for teknologi og et organ i kroppen har deres egen arkitektur, der giver dem mulighed for at arbejde effektivt. Den menneskelige hjernebark er organiseret langs funktionelle hierarkier lige fra unimodal sensorisk cortex* og slutter med transmodal association cortex*.
Sensorisk cortex * - en del af hjernebarken, der er ansvarlig for at indsamle og behandle information modtaget fra sanserne (øjne, tunge, næse, ører, hud og vestibulære apparater).
Association cortex* er den del af parietal cortex, der er involveret i gennemførelsen af planlagte bevægelser. Når vi skal udføre en hvilken som helst bevægelse, skal vores hjerne vide, hvor kroppen og dens dele, der vil bevæge sig, befinder sig i det sekund, samt hvor objekterne i det ydre miljø er placeret, som interaktionen er planlagt med. For eksempel vil du hente en kop, og din hjerne ved allerede, hvor hånden og selve koppen er placeret.
Dette funktionelle hierarki skyldes anatomien af banerne hvidt stof*, som koordinerer synkroniseret neural aktivitet og kognition*.
Hvidt stof* - hvis den grå substans består af neuroner, så består den hvide af axoner dækket med myelin, langs hvilke impulser overføres fra cellelegemet til andre celler og organer.
Kognition* (kognition) - et sæt af processer forbundet med tilegnelsen af ny viden om verden omkring.
Udviklingen af hjernebarken hos primater og udviklingen af den menneskelige hjerne er karakteriseret ved målrettet udvidelse og ombygning af transmodale associationsområder, som er grundlaget for sensorisk repræsentation af information og abstrakte regler for at nå mål.
Processen med hjerneudvikling tager meget tid, hvor der er mange processer til at forbedre hjernen som et system: myelinisering*, synaptisk beskæring* etc.
Myelinisering* - oligodendrocytter (en type hjælpeceller i nervesystemet) omslutter en eller anden del af axonen, som et resultat af, at en oligodendrocyt kommer i kontakt med flere neuroner på én gang. Jo mere aktivt axonet er, jo stærkere er myelineringen, da dette øger effektiviteten.
Synaptisk beskæring* — reduktion af antallet af synapser/neuroner for at øge effektiviteten af neurosystemet, dvs. slippe af med unødvendige forbindelser. Dette er med andre ord implementeringen af princippet "ikke kvantitet, men kvalitet".
Under dannelsen af hjernen dannes en funktionel specifikation i den transmodale associative cortex, som direkte påvirker udviklingen af højere ordens eksekutive funktioner, som f.eks. arbejdshukommelse*, kognitiv fleksibilitet* и hæmmende kontrol*.
Arbejdshukommelse* — kognitivt system for midlertidig informationslagring. Denne type hukommelse aktiveres i øjeblikket af aktuelle tankeprocesser og er involveret i beslutningstagning og i dannelsen af adfærdsmæssige reaktioner.
Kognitiv fleksibilitet* - evnen til at skifte fra en tanke til en anden og/eller tænke over flere ting på et øjeblik.
Hæmmende kontrol* (hæmningsrespons) - en eksekutiv funktion, der overvåger en persons evne til at undertrykke sine impulsive (naturlige, vanemæssige eller dominerende) adfærdsreaktioner på stimuli for at implementere en mere passende reaktion på en bestemt situation (ekstern stimulus).
Studiet af hjernens strukturelle-funktionelle forbindelser begyndte for ganske lang tid siden. Med netværksteoriens fremkomst blev det muligt at visualisere strukturelle-funktionelle sammenhænge i neurobiologiske systemer og opdele dem i kategorier. I sin kerne er strukturel-funktionel forbindelse den grad, hvori fordelingen af anatomiske forbindelser i en region af hjernen opretholder synkroniseret neural aktivitet.
Det blev fundet, at der er en stærk sammenhæng mellem indikatorer for strukturel og funktionel forbindelse ved forskellige rumlige og tidsmæssige skalaer. Mere moderne undersøgelsesmetoder har med andre ord gjort det muligt at kategorisere bestemte områder af hjernen efter deres funktionelle træk forbundet med områdets alder og dets størrelse.
Forskere siger dog, at der i øjeblikket er meget få beviser for, hvordan ændringer i hvid stof-arkitektur under menneskelig hjerneudvikling opretholder koordinerede udsving i neuronal aktivitet.
Strukturel-funktionel forbindelse er grundlaget for funktionel kommunikation og opstår, når den hvide stof interregionale forbindelsesprofil i en kortikal region forudsiger styrken af interregional funktionel forbindelse. Det vil sige, at den hvide substanss aktivitet vil afspejle sig i aktiveringen af hjernens eksekutive funktioner, hvorved det vil være muligt at vurdere styrken af den strukturelle-funktionelle forbindelse.
For at beskrive det strukturelle-funktionelle forhold fremlagde forskere tre hypoteser, der blev testet under undersøgelsen.
Den første hypotese siger, at det strukturelle-funktionelle forhold vil afspejle den funktionelle specialisering af den kortikale region. Det vil sige, at den strukturelle-funktionelle sammenhæng vil være stærk i den somatosensoriske cortex, på grund af de processer, der bestemmer den tidlige udvikling af specialiserede sansehierarkier. I modsætning hertil vil strukturel-funktionel forbindelse være lav i den transmodale associationscortex, hvor funktionel kommunikation kan være svækket på grund af genetiske og anatomiske begrænsninger på grund af hurtig evolutionær ekspansion.
Den anden hypotese er baseret på langvarig aktivitetsafhængig myelinisering under udvikling og siger, at udviklingen af strukturelle-funktionelle forbindelser vil være koncentreret i den transmodale associationscortex.
Den tredje hypotese: det strukturelle-funktionelle forhold afspejler den funktionelle specialisering af den kortikale region. Derfor kan det antages, at en stærkere strukturel-funktionel sammenhæng i den frontoparietale associative cortex vil blive involveret i specialiserede beregninger, der er nødvendige for implementering af eksekutive funktioner.
Forskningsresultater
For at karakterisere udviklingen af strukturelle-funktionelle interaktioner hos unge kvantificerede forskerne, i hvilket omfang strukturelle forbindelser på tværs af hjerneregioner understøtter koordinerede fluktuationer i neural aktivitet.
Ved hjælp af multimodale neuroimaging-data fra 727 deltagere i alderen 8 til 23 år blev der udført en probabilistisk diffusionstraktografi, og den funktionelle forbindelse mellem hvert par kortikale regioner blev vurderet under kørsel. opgaver n-tilbage*forbundet med arbejdshukommelsesaktivitet.
Opgave n-tilbage* - en teknik til at stimulere aktiviteten af visse områder af hjernen og teste arbejdshukommelsen. Emnet præsenteres for en række stimuli (visuelle, auditive osv.). Han skal bestemme og angive, om denne eller hin stimulus var for n positioner siden. For eksempel: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problem 3-baglæns, hvor et bestemt bogstav opstod 3 positioner tidligere).
Funktionel forbindelse i hvile afspejler spontane fluktuationer i neural aktivitet. I modsætning hertil kan funktionel forbindelse under en arbejdshukommelsesopgave forbedre visse neurale forbindelser eller populationer involveret i eksekutive funktioner.
Billede nr. 1: måling af den strukturelle-funktionelle forbindelse af den menneskelige hjerne.
Knudepunkterne i hjernens strukturelle og funktionelle netværk blev identificeret ved hjælp af en 400-zone kortikal parcellisering baseret på funktionel homogenitet i MRI-data fra undersøgelsesdeltagere. For hver undersøgelsesdeltager blev regionale forbindelsesprofiler ekstraheret fra hver række af den strukturelle eller funktionelle forbindelsesmatrix og præsenteret som forbindelsesstyrkevektorer fra en neural netværksknude til alle andre noder.
Til at begynde med undersøgte forskerne, om den rumlige fordeling af strukturelle-funktionelle relationer falder sammen med de grundlæggende egenskaber ved cortical organisation.
Billede #2
Det er værd at bemærke, at forholdet mellem regionale profiler af strukturel og funktionel forbindelse varierede meget på tværs af cortex (2A). En stærkere forbindelse blev observeret i den primære sensoriske og mediale præfrontale cortex. Men i de laterale, temporale og frontoparietale områder var forbindelsen ret svag.
For en mere forståelig vurdering af sammenhængen mellem strukturel-funktionel forbindelse og funktionel specialisering blev "deltagelses"-koefficienten beregnet, som er en grafisk repræsentation af den kvantitative definition af forbindelse mellem funktionelt specialiserede områder af hjernen. Hver af hjerneregionerne blev tildelt de syv klassiske funktionelle neurale netværk. Neuronale knuder i hjernen med en høj deltagelseskoefficient demonstrerer forskellig intermodulær kommunikation (forbindelse mellem hjerneregioner) og kan derfor påvirke processerne for informationsoverførsel mellem regioner såvel som deres dynamik. Men knudepunkter med lav deltagelsesrate viser flere lokale forbindelser inden for selve hjerneregionen snarere end mellem flere regioner. Kort sagt, hvis koefficienten er høj, interagerer forskellige dele af hjernen aktivt med hinanden; hvis den er lav, sker der aktivitet i området uden kommunikation med naboer (2C).
Dernæst blev der foretaget en vurdering af forholdet mellem variabiliteten af strukturel-funktionel forbindelse og det funktionelle hierarki i makroskalaen. Strukturel-funktionel forbindelse falder stort set sammen med hovedgradienten af funktionel konnektivitet: unimodale sensoriske områder viser relativt stærk strukturel-funktionel forbindelse, mens transmodale regioner i toppen af det funktionelle hierarki viser svagere forbindelse (2D).
Det blev også fundet, at der er en stærk sammenhæng mellem det strukturelle-funktionelle forhold og den evolutionære udvidelse af det kortikale overfladeareal (2E). Meget bevarede sensoriske områder havde relativt stærk strukturel-funktionel forbindelse, mens meget udvidede transmodale områder havde svagere forbindelse. Sådanne observationer understøtter fuldt ud hypotesen om, at det strukturelle-funktionelle forhold er en afspejling af det kortikale hierarki af funktionel specialisering og evolutionær ekspansion.
Billede #3
Forskerne minder endnu engang om, at tidligere undersøgelser i høj grad har fokuseret på undersøgelsen af strukturel-funktionel forbindelse i den voksne hjerne. I samme værk blev der lagt vægt på studiet af hjernen, som stadig er under udvikling, dvs. om studiet af den unge hjerne.
Det blev fundet, at aldersrelaterede forskelle i strukturelle-funktionelle forhold i den unge hjerne var bredt fordelt i den laterale temporale, inferior parietale og præfrontale cortex (3А). Forbindelsesgevinster var uforholdsmæssigt fordelt på tværs af kortikale regioner, dvs. var til stede i en unik undergruppe af funktionelt adskilte kortikale regioner (3V), som ikke blev observeret i den voksne hjerne.
Værdien af aldersforskelle i strukturelle og funktionelle sammenhænge var stærkt korreleret med koefficienten for funktionel deltagelse (3С) og funktionel gradient (3D).
Den rumlige fordeling af aldersforskelle i strukturelle og funktionelle forhold svarede også til den evolutionære udvidelse af cortex. En aldersrelateret stigning i tilslutning blev observeret i den udvidede associationscortex, mens et aldersrelateret fald i tilslutning blev observeret i den meget konserverede sensorimotoriske cortex (3E).
I den næste fase af undersøgelsen gennemgik 294 deltagere en anden hjerneundersøgelse 1.7 år efter den første. Det var således muligt at bestemme sammenhængen mellem aldersrelaterede ændringer i strukturel-funktionel forbindelse og intra-individuelle ændringer i udviklingen. For at gøre dette blev der foretaget en vurdering af longitudinelle ændringer i den strukturelle-funktionelle forbindelse.
Billede #4
Der blev fundet en signifikant overensstemmelse mellem de tværgående og langsgående aldersrelaterede ændringer i det strukturelle-funktionelle forhold (4А).
For at teste forholdet mellem longitudinelle ændringer i den strukturelle-funktionelle forbindelse (4B) og longitudinelle ændringer i koefficienten for funktionel deltagelse (4С) lineær regression blev brugt. Longitudinelle ændringer i forbindelse viste sig at svare til longitudinelle ændringer i koefficienten for funktionel deltagelse i højordens distribuerede associationsområder, herunder dem i den dorsale og mediale præfrontale cortex, inferior parietal cortex og lateral temporal cortex (4D).
Billede #5
Forskerne forsøgte derefter at forstå konsekvenserne af individuelle forskelle i strukturelle-funktionelle forhold for adfærd. Især om strukturel-funktionel forbindelse under opgaveudførelse med arbejdshukommelse kan forklare executive performance. Forbedring i udøvende præstation har vist sig at være forbundet med stærkere strukturel-funktionel forbindelse i den rostrolaterale præfrontale cortex, posterior cingulate cortex og mediale occipital cortex (5A).
Helheden af ovenstående observationer fører til flere hovedkonklusioner. For det første er regionale ændringer i strukturel-funktionel forbindelse omvendt proportional med kompleksiteten af den funktion, som et eller andet område af hjernen er ansvarlig for. Der er fundet et stærkere strukturelt-funktionelt forhold i dele af hjernen, der er specialiseret i at behandle simpel sensorisk information (såsom visuelle signaler). Og i de områder af hjernen, der er involveret i mere komplekse processer (eksekutiv funktion og hæmmende kontrol) var der en lavere strukturel-funktionel forbindelse.
Strukturel-funktionel forbindelse har også vist sig at være i overensstemmelse med den evolutionære hjerneudvidelse set hos primater. Sammenlignende undersøgelser af hjernen hos mennesker, primater og aber har tidligere vist, at sanseområder (såsom det visuelle system) er meget bevarede blandt primatarter og ikke har udvidet sig meget i den seneste udvikling. Men de associative områder af hjernen (for eksempel den præfrontale cortex) har gennemgået en betydelig udvidelse. Måske påvirkede denne udvidelse direkte fremkomsten af komplekse kognitive evner hos mennesker. Det blev fundet, at områder af hjernen, der udvidede sig hurtigt under evolutionen, havde svagere strukturel-funktionel forbindelse, mens simple sensoriske områder havde stærkere.
Hos børn og unge øges den strukturelle-funktionelle forbindelse ret aktivt i de frontale områder af hjernen, som er ansvarlige for funktionen af hæmning (dvs. selvkontrol). Således kan langsigtet udvikling af strukturel-funktionel forbindelse på disse områder forbedre den udøvende funktion og selvkontrol, en proces, der fortsætter ind i voksenlivet.
For mere detaljeret information om nuancerne i undersøgelsen, anbefaler jeg at se på и til ham.
Epilog
Den menneskelige hjerne har altid været og vil fortsat være et af menneskehedens største mysterier. Dette er en utrolig kompleks mekanisme, der skal udføre mange funktioner, kontrollere mange processer og lagre enorme mængder information. For mange forældre er intet mere mystisk end deres teenagebørns hjerner. Deres adfærd er nogle gange svær at kalde logisk eller konstruktiv, men det skyldes processen med deres biologiske udvikling og sociale dannelse.
Selvfølgelig kan ændringer i de strukturelle og funktionelle forbindelser i visse dele af hjernen og påvirkningen af hormonelle ændringer være en videnskabelig begrundelse for unge menneskers ejendommelige adfærd, men det betyder ikke, at de ikke behøver at blive dirigeret. Mennesket er ikke af natur et asocialt væsen. Hvis nogen skyr andre mennesker, er det bestemt ikke på grund af vores biologiske disposition. Derfor er forældrenes aktive deltagelse i deres børns liv et yderst vigtigt aspekt af deres udvikling.
Det skal også forstås, at selv i en alder af tre er et barn allerede en person med sin egen karakter, sine ønsker og sit eget syn på verden omkring ham. En forælder bør ikke blive usynlig for sit barn og lade ham flyde frit, men han bør ikke blive til en armeret betonvæg, der beskytter ham mod at kende verden. Et eller andet sted skal du skubbe, et sted at holde, et sted for at give fuldstændig frihed, og et eller andet sted, efter at have vist forældremyndighed, at sige et bestemt "nej", selvom barnet ikke er tilfreds med dette.
At være forælder er hårdt, og endnu sværere at være en god forælder. Men at være teenager er heller ikke let. Kroppen ændrer sig udadtil, hjernen ændrer sig, miljøet ændrer sig (der var en skole, og nu universitetet), livets rytme ændrer sig. I vores tid ligner livet ofte en formel-1, hvor der ikke er plads til langsomhed. Men høj hastighed er forbundet med stor risiko, så en uerfaren rytter kan komme til skade. En forælders opgave er at blive træner for sit barn, for i fremtiden roligt at lade ham gå ind i verden uden frygt for sin fremtid.
Nogle forældre anser sig selv for at være klogere end andre, nogle er klar til at implementere ethvert råd, de hører på internettet eller fra en nabo, og nogle er simpelthen "violette" for alle finesser af uddannelse. Mennesker er forskellige, men ligesom kommunikation mellem dens afdelinger er vigtig i den menneskelige hjerne, spiller kommunikation mellem forældre og deres børn en af de vigtigste roller i uddannelse.
Tak fordi du så med, bliv nysgerrig og hav en god weekend alle sammen! 🙂
Nogle annoncer 🙂
Tak fordi du blev hos os. Kan du lide vores artikler? Vil du se mere interessant indhold? Støt os ved at afgive en ordre eller anbefale til venner, , en unik analog af entry-level servere, som blev opfundet af os til dig: (tilgængelig med RAID1 og RAID10, op til 24 kerner og op til 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 gange billigere i Equinix Tier IV datacenter i Amsterdam? Kun her i Holland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fra $99! Læse om
Kilde: www.habr.com