Jugendlicher Maximalismus und der Geist der Widersprüchlichkeit aus neurologischer Sicht

Eines der faszinierendsten und noch nicht vollständig entschlüsselten „Phänomene“ ist das menschliche Gehirn. Rund um dieses komplexe Organ gibt es viele Fragen: Warum träumen wir, wie beeinflussen Emotionen unsere Entscheidungen, welche Nervenzellen sind für die Wahrnehmung von Licht und Ton verantwortlich, warum mögen manche Menschen Schprüten, während andere Oliven lieben? All diese Fragen betreffen das Gehirn, da es das zentrale Steuergerät des menschlichen Körpers ist. Viele Jahre lang haben Wissenschaftler besonderes Augenmerk auf die Gehirne von Menschen gelegt, die sich irgendwie von der Masse abheben (von autodidaktischen Genies bis hin zu berechnenden Psychopathen). Doch es gibt eine Kategorie von Menschen, deren ungewöhnliches Verhalten mit ihrem Alter zusammenhängt — Jugendliche. Viele Jugendliche besitzen ein ausgeprägtes Gefühl für Widersprüche, einen abenteuerlichen Geist und ein unwiderstehliches Verlangen, Abenteuer zu erleben. Wissenschaftler der Universität von Pennsylvania beschlossen, die geheimnisvollen Gehirne von Jugendlichen und die dort ablaufenden Prozesse genauer zu untersuchen. Was sie herausgefunden haben, erfahren wir aus ihrem Bericht. Lass uns beginnen.

Grundlage der Forschung

Jedes Gerät in der Technik und jedes Organ im Körper hat seine eigene Architektur, die es ihnen ermöglicht, effizient zu arbeiten. Die Großhirnrinde des Menschen ist nach einer funktionalen Hierarchie organisiert, beginnend mit der unimodalen sensorischen Rinde* und endend mit der transmodalen assoziativen Rinde*.

Die sensorische Rinde des Gehirns* ist der Teil der Großhirnrinde, der für die Sammlung und Verarbeitung von Informationen zuständig ist, die von den Sinnesorganen (Augen, Zunge, Nase, Ohren, Haut und dem vestibulären System) empfangen werden.

Die assoziative Rinde* ist der Teil der Scheitellappen der Großhirnrinde, der an der Ausführung geplanter Bewegungen beteiligt ist. Wenn wir uns darauf vorbereiten, eine Bewegung auszuführen, muss unser Gehirn wissen, wo sich der Körper und seine Teile, die sich bewegen werden, in diesem Moment befinden, sowie wo sich die Objekte der äußeren Umgebung befinden, mit denen wir interagieren möchten. Beispielsweise wollen Sie eine Tasse in die Hand nehmen, und Ihr Gehirn weiß bereits, wo sich die Hand und die Tasse befinden.

Diese funktionale Hierarchie ist durch die Anatomie der weißen Substanz*bedingt, die die synchronisierte neuronale Aktivität und Kognition*.

koordiniert. — wenn die graue Substanz aus Neuronen besteht, besteht die weiße aus myelinisierten Axonen, über die Impulse vom Zellkörper zu anderen Zellen und Organen übertragen werden.

Kognition* (Erkenntnis) — ein Zusammenspiel von Prozessen, die mit dem Erwerb neuen Wissens über die umgebende Welt verbunden sind.

Die Evolution des Kortex bei Primaten und die Entwicklung des menschlichen Gehirns zeichnen sich durch gezielte Erweiterung und Umgestaltung von transmodalen Assoziationsbereichen aus, die die Grundlage für Prozesse der sensorischen Informationsdarstellung und abstrakten Regelungen zur Zielverwirklichung bilden.

Der Prozess der Gehirnentwicklung nimmt viel Zeit in Anspruch, während derer viele Prozesse zur Verfeinerung des Gehirns als System stattfinden: Myelinisierung*, synaptisches Pruning* usw.

Myelinisierung* — Oligodendrozyten (eine Art von Unterstützungszellen des Nervensystems) umhüllen einen bestimmten Teil des Axons, wodurch ein Oligodendrozyt mit mehreren Neuronen gleichzeitig verbunden wird. Je aktiver das Axon ist, desto stärker ist seine Myelinisierung, da dies seine Effizienz erhöht.

Synaptisches Pruning* — Reduzierung der Anzahl der Synapsen/Neuronen zur Steigerung der Effizienz neuronaler Systeme, d.h. Eliminierung überflüssiger Verbindungen. Anders ausgedrückt, es ist die Umsetzung des Prinzips "nicht Quantität, sondern Qualität".

In der Entwicklungsphase des Gehirns entsteht eine funktionale Spezifikation in der transmodalen assoziativen Kortex, die direkt die Entwicklung höherer exekutiver Funktionen beeinflusst, wie zum Beispiel Arbeitsgedächtnis*, kognitive Flexibilität* und inhibitorische Kontrolle*.

Arbeitsgedächtnis* — ein kognitives System zur zeitlichen Speicherung von Informationen. Diese Art von Gedächtnis wird während aktueller Denkprozesse aktiviert und ist an Entscheidungsfindungen sowie der Bildung von Verhaltensreaktionen beteiligt.

Kognitive Flexibilität* — die Fähigkeit, von einem Gedanken zu einem anderen zu wechseln und/oder mehrere Dinge gleichzeitig zu durchdenken.

Inhibitorische Kontrolle* (Hemmreaktion) — eine exekutive Funktion, die die Fähigkeit einer Person reguliert, impulsive (natürliche, gewohnte oder dominante) Verhaltensreaktionen auf Reize zu unterdrücken, um angemessenere Antworten auf spezifische Situationen (äußere Reize) zu realisieren.

Die Untersuchung der strukturell-funktionalen Verbindungen im Gehirn hat schon vor einiger Zeit begonnen. Mit dem Aufkommen der Netzwerktheorie wurde es möglich, strukturell-funktionale Verbindungen in neurobiologischen Systemen zu visualisieren und sie in Kategorien zu unterteilen. Im Grunde genommen ist eine strukturell-funktionale Verbindung das Maß, in dem die Verteilung anatomischer Verbindungen im Gehirn synchronisierte neuronale Aktivität unterstützt.

Es wurde eine starke Verbindung zwischen den Indikatoren der strukturellen und funktionalen Konnektivität in verschiedenen raum-zeitlichen Maßstäben festgestellt. Mit anderen Worten, moderne Forschungsmethoden haben es ermöglicht, bestimmte Bereiche des Gehirns nach ihren funktionalen Merkmalen zu kategorisieren, die mit dem Alter des Bereichs und seiner Größe zusammenhängen.

Wie Wissenschaftler jedoch anmerken, gibt es derzeit praktisch keine Daten darüber, wie Veränderungen in der Architektur der weißen Substanz während der Entwicklung des menschlichen Gehirns die synchronisierten Schwankungen neuronaler Aktivität unterstützen.

Die strukturell-funktionale Verbindung bildet die Grundlage für die funktionale Kommunikation und tritt auf, wenn das Profil der interregionalen weißen Substanz im kortikalen Bereich die Stärke der interregionalen funktionalen Verbindung vorhersagt. Das heißt, die Aktivität der weißen Substanz wird sich in der Aktivierung der exekutiven Funktionen des Gehirns widerspiegeln, wodurch man die Stärke der strukturell-funktionalen Verbindung bewerten kann.

Zur Beschreibung der strukturell-funktionalen Verbindung haben Wissenschaftler drei Hypothesen aufgestellt, die im Rahmen der Forschung überprüft wurden.

Die erste Hypothese besagt, dass die strukturell-funktionale Verbindung die funktionale Spezialisierung des kortikalen Gebiets widerspiegeln wird. Das heißt, die strukturell-funktionale Verbindung wird in der somatosensorischen Rinde stark ausgeprägt sein, dank der Prozesse, die die frühe Entwicklung spezialisierter sensorischer Hierarchien bestimmen. Im Gegensatz dazu wird die strukturell-funktionale Verbindung in der transmodalen assoziativen Rinde niedrig sein, wo die funktionale Kommunikation aufgrund genetischer und anatomischer Einschränkungen durch die schnelle evolutionäre Expansion geschwächt werden kann.

Die zweite Hypothese basiert auf der langanhaltend aktionsabhängigen Myelinisierung während der Entwicklung und legt nahe, dass die Entwicklung strukturell-funktionaler Verbindungen in der transmodalen assoziativen Rinde konzentriert sein wird.

Hypothese drei: Die strukturell-funktionale Verbindung spiegelt die funktionale Spezialisierung des kortikalen Bereichs wider. Daher kann man annehmen, dass eine stärkere strukturell-funktionale Verbindung in der fronto-parietalen Assoziationsrinde an spezialisierten Berechnungen beteiligt ist, die für die Ausführung exekutiver Funktionen erforderlich sind.

Die Forschungsergebnisse

Um die Entwicklung der strukturell-funktionalen Interaktion bei Jugendlichen zu charakterisieren, führten die Wissenschaftler eine quantitative Bewertung des Ausmaßes durch, in dem die strukturellen Verbindungen verschiedener Hirnregionen koordinierte Schwankungen der neuronalen Aktivität unterstützen.

Durch die Verwendung multimodaler Neuroimaging-Daten von 727 Teilnehmern im Alter von 8 bis 23 Jahren wurde eine probabilistische Diffusionstraktografie durchgeführt und die funktionale Konnektivität zwischen jedem Paar kortikaler Bereiche während der Ausführung bewertet der n-back-Aufgabe*, die mit der Aktivität des Arbeitsgedächtnisses verbunden ist.

n-back-Aufgabe* — eine Methode zur Anregung der Aktivität bestimmter Bereiche des Gehirns und zur Überprüfung des Arbeitsgedächtnisses. Dem Probanden werden eine Reihe von Stimuli (visuelle, akustische usw.) präsentiert. Er muss feststellen und angeben, ob ein bestimmter Stimulus n Positionen zuvor war. Zum Beispiel: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R (Aufgabe 3 Positionen zurück, wo ein bestimmter Buchstabe vor 3 Positionen aufgetreten ist).

Die funktionale Konnektivität im Ruhezustand spiegelt spontane Schwankungen der neuronalen Aktivität wider. Während der Ausführung einer Aufgabe des Arbeitsgedächtnisses kann die funktionale Konnektivität jedoch bestimmte neuronale Verbindungen oder Populationen verstärken, die an den Exekutivfunktionen beteiligt sind.

Abbildung Nr. 1: Messung der strukturell-funktionalen Verbindung im menschlichen Gehirn.

Die Knoten in den strukturellen und funktionalen Gehirnnetzwerken wurden mithilfe einer 400-Regionen kortikalen Parzellierung (Zoneneinteilung) definiert, die auf der funktionalen Homogenität der MRT-Daten der Studienteilnehmer basierte. Für jeden Teilnehmer wurden die regionalen Konnektivitätsprofile aus jeder Zeile der strukturellen oder funktionalen Konnektivitätsmatrix extrahiert und als Vektoren der Konnektivitätsstärke von einem Knoten des neuronalen Netzwerks zu allen anderen Knoten dargestellt.

Zunächst überprüften die Wissenschaftler, ob die räumliche Verteilung der strukturell-funktionalen Verbindungen mit den grundlegenden Eigenschaften der kortikalen Organisation übereinstimmt.

Abbildung Nr. 2

Es ist erwähnenswert, dass die Beziehung zwischen den regionalen Profilen der strukturellen und funktionalen Konnektivität stark über die gesamte Hirnrinde variiert war (2A). Eine stärkere Verbindung wurde in der primären sensorischen und medialen präfrontalen Rinde beobachtet. In den lateralen, temporalen und frontotemporalen Bereichen war die Verbindung hingegen relativ schwach.

Für ein besseres Verständnis der Verbindung zwischen strukturell-funktionalen Beziehungen und funktionaler Spezialisierung wurde der „Teilnahmekoeffizient“ berechnet, der eine grafische Darstellung der quantitativen Bestimmung der Vernetzung zwischen funktional spezialisierten Bereichen des Gehirns darstellt. Jeder Bereich des Gehirns wurde sieben klassischen funktionalen neuronalen Netzwerken zugeordnet. Neuronale Gehirnknoten mit hohem Teilnahmekoeffizienten zeigen unterschiedliche intermodulare Verbindungen (Verbindungen zwischen Gehirnbereichen) und können daher die Informationsübertragungsprozesse zwischen den Bereichen sowie deren Dynamik beeinflussen. Knoten mit niedrigem Teilnahmekoeffizienten hingegen zeigen eher lokale Verbindungen innerhalb eines bestimmten Bereichs des Gehirns und nicht zwischen mehreren Bereichen. Einfacher ausgedrückt, bedeutet ein hoher Koeffizient, dass verschiedene Bereiche des Gehirns aktiv miteinander interagieren, während bei einem niedrigen Koeffizienten die Aktivität innerhalb eines Bereichs ohne Verbindung zu benachbarten Bereichen erfolgt.2C).

Anschließend wurde die Beziehung zwischen der Variabilität der strukturellen-funktionalen Konnektivität und der makroskaligen funktionalen Hierarchie bewertet. Die strukturelle-funktionale Verbindung stimmt weitgehend mit dem Hauptgradienten der funktionalen Konnektivität überein: unimodale sensorische Bereiche zeigen eine relativ starke strukturelle-funktionale Verbindung, während in transmodalen Bereichen an der Spitze der funktionalen Hierarchie eine schwächere Verbindung zu beobachten ist (2D).

Es wurde auch festgestellt, dass eine starke Korrelation zwischen strukturell-funktionaler Verbindung und evolutionärer Erweiterung der Oberflächenfläche des Kortex besteht (2E). Hochgradig konservative sensorische Bereiche wiesen eine relativ starke strukturelle-funktionale Verbindung auf, während stark erweiterte transmodale Bereiche eine schwächere Verbindung hatten. Solche Beobachtungen bestätigen vollständig die Hypothese, dass die strukturelle-funktionale Verbindung ein Spiegelbild der kortikalen Hierarchie funktionaler Spezialisierung und evolutionärer Erweiterung ist.

Abbildung Nr. 3

Wissenschaftler erinnern erneut daran, dass frühere Studien hauptsächlich auf die Untersuchung der strukturellen und funktionalen Vernetzung im Gehirn von Erwachsenen fokussiert waren. In dieser Arbeit lag der Schwerpunkt jedoch auf der Untersuchung des sich noch entwickelnden Gehirns, d.h. auf der Untersuchung des Gehirns von Jugendlichen.

Es wurde festgestellt, dass im Gehirn von Jugendlichen altersbedingte Unterschiede in den strukturellen und funktionalen Verbindungen weitgehend über die lateralen Temporallappen, den unteren Parietallappen und den präfrontalen Kortex verteilt waren (3A). Die Verstärkung der Vernetzung war unverhältnismäßig über die Bereiche des Kortex verteilt, d.h. sie trat in einer einzigartigen Untergruppe funktional getrennter Bereiche des Kortex auf (3V), was im Gehirn von Erwachsenen nicht beobachtet wurde.

Der Umfang der altersbedingten Unterschiede in den strukturellen und funktionalen Verbindungen korrelierte stark mit dem Koeffizienten funktionaler Teilnahme (3C) und dem funktionalen Gradienten (3D).

Die räumliche Verteilung der altersbedingten Unterschiede in den strukturellen und funktionalen Verbindungen entsprach ebenfalls der evolutionären Erweiterung der Großhirnrinde. Eine altersbedingte Zunahme der Konnektivität wurde in der erweiterten assoziativen Großhirnrinde beobachtet, während eine altersbedingte Abnahme der Konnektivität in der hoch konservativen sensorisch-motorischen Rinde festgestellt wurde (3E).

In der nächsten Phase der Studie wurden 294 Teilnehmer 1,7 Jahre nach der ersten Untersuchung erneut einer Gehirnüberprüfung unterzogen. Auf diese Weise konnte die Verbindung zwischen altersbedingten Veränderungen der strukturellen und funktionalen Konnektivität und intraindividuellen Entwicklungsänderungen bestimmt werden. Zu diesem Zweck wurde eine Bewertung der longitudinalen Veränderungen in der strukturellen und funktionalen Konnektivität durchgeführt.

Bild Nr. 4

Es wurde eine signifikante Übereinstimmung zwischen den querschnittlichen und longitudinalen altersbedingten Veränderungen in der strukturellen und funktionalen Verbindung festgestellt (4А).

Zur Überprüfung der Beziehung der longitudinalen Veränderungen in der strukturellen und funktionalen Konnektivität (4B) und den longitudinalen Veränderungen des funktionalen Beteiligungskoeffizienten (4С) wurde eine lineare Regression verwendet. Es wurde festgestellt, dass die longitudinalen Veränderungen der Konnektivität den longitudinalen Veränderungen des Funktionalitätskoeffizienten in hochdimensionalen assoziativen Bereichen entsprachen, einschließlich der dorsolateralen und medialen präfrontalen Rinde, der unteren parietalen Rinde und der lateralen temporalen Rinde (4D).

Bild Nr. 5

Anschließend versuchten die Wissenschaftler, die Auswirkungen individueller Unterschiede in den strukturellen und funktionalen Verbindungen auf das Verhalten zu verstehen. Insbesondere, ob die strukturell-funktionale Konnektivität während der Ausführung von Aufgaben mit Arbeitsgedächtnis die exekutive Leistung erklären kann. Es wurde festgestellt, dass eine Verbesserung der exekutiven Leistung mit einer stärkeren strukturellen und funktionalen Konnektivität in der rostrolateralen präfrontalen Rinde, dem posterioren cingulären Cortex und der medialen okzipitalen Rinde verbunden ist (5A).

Die Gesamtheit der oben beschriebenen Beobachtungen führt zu mehreren wesentlichen Schlussfolgerungen. Erstens ist der regionale Wandel in der strukturellen und funktionalen Verknüpfung umgekehrt proportional zur Komplexität der Funktion, für die eine bestimmte Gehirnregion zuständig ist. Eine stärkere strukturelle und funktionale Verbindung wurde in den Hirnregionen festgestellt, die auf die Verarbeitung einfacher sensorischer Informationen spezialisiert sind (z. B. visuelle Reize). In den Bereichen des Gehirns, die an komplexeren Prozessen beteiligt sind (exekutive Funktionen und inhibitorische Kontrolle), wurde hingegen eine niedrigere strukturelle und funktionale Verknüpfung beobachtet.

Es wurde auch festgestellt, dass die strukturell-funktionale Konnektivität mit der evolutionären Erweiterung des Gehirns übereinstimmt, die bei Primaten beobachtet wird. Bereits zuvor wurden vergleichende Studien des menschlichen, primaten und Affenhirns durchgeführt, die zeigten, dass die sensorischen Areale (zum Beispiel das visuelle System) unter den Primaten sehr konservativ sind und sich in der kürzlichen Evolution nicht wesentlich ausgeweitet haben. Hingegen haben die Assoziationsareale des Gehirns (zum Beispiel der präfrontale Kortex) eine signifikante Erweiterung erfahren. Möglicherweise hat diese Erweiterung direkt die Entstehung komplexer kognitiver Fähigkeiten beim Menschen beeinflusst. Es wurde festgestellt, dass die Gehirnareale, die sich während der Evolution schnell erweiterten, eine schwächere strukturell-funktionale Konnektivität aufwiesen, während einfache sensorische Areale eine stärkere hatten.

Bei Kindern und Jugendlichen entwickelt sich die strukturelle und funktionale Verbindung in den frontalen Bereichen des Gehirns, die für die Hemmfunktion (d.h. Selbstkontrolle) verantwortlich sind, recht aktiv. Daher kann eine langfristige Entwicklung der strukturellen und funktionalen Verbindungen in diesen Bereichen die exekutiven Funktionen und die Selbstkontrolle verbessern, deren Entwicklungsprozess auch im Erwachsenenalter fortschreitet.

Für eine detailliertere Auseinandersetzung mit den Nuancen der Untersuchung empfehle ich, einen Blick in den den Bericht der Wissenschaftler und Zusätzliche Materialien dazu.

Epilog

Das menschliche Gehirn war schon immer eines der größten Rätsel der Menschheit und wird es auch noch lange bleiben. Es ist ein unglaublich komplexer Mechanismus, der viele Funktionen erfüllen, zahlreiche Prozesse steuern und riesige Informationsmengen speichern muss. Für viele Eltern gibt es nichts Geheimnisvolleres als das Gehirn ihrer heranwachsenden Kinder. Ihr Verhalten lässt sich manchmal schwer als logisch oder konstruktiv bezeichnen, jedoch erklärt sich dies durch den Prozess ihrer biologischen Entwicklung und sozialen Prägung.

Natürlich können Veränderungen in den strukturel-l-funktionalen Verbindungen bestimmter Bereiche des Gehirns und die Auswirkungen hormoneller Umstellungen eine wissenschaftliche Erklärung für das besondere Verhalten junger Menschen sein, aber das bedeutet nicht, dass sie nicht geführt werden sollten. Der Mensch ist von Natur aus kein asoziales Wesen. Wenn sich jemand von anderen Menschen zurückzieht, dann sicherlich nicht aufgrund unserer biologischen Veranlagung. Daher ist die aktive Teilnahme der Eltern am Leben ihrer Kinder ein äußerst wichtiger Aspekt ihrer Entwicklung.

Es ist auch wichtig zu verstehen, dass ein Kind bereits im Alter von drei Jahren eine Persönlichkeit mit seinem eigenen Charakter, seinen eigenen Wünschen und seiner eigenen Sicht auf die Welt ist. Ein Elternteil sollte nicht unsichtbar für sein Kind werden, indem er es in die Freiheit entlässt, aber er sollte auch nicht zu einer starren Mauer werden, die es vom Kennenlernen der Welt abhält. Manchmal muss man anstoßen, manchmal zurückhalten, manchmal volle Freiheit geben und manchmal, indem man Autorität zeigt, ein klares „Nein“ sagen, selbst wenn das Kind damit unzufrieden ist.

Eltern zu sein ist schwierig, und es ist noch komplizierter, ein guter Elternteil zu sein. Aber auch Teenager zu sein, ist nicht einfach. Der Körper verändert sich äußerlich, das Gehirn verändert sich, das Umfeld verändert sich (von der Schule zur Universität), und der Lebensrhythmus verändert sich. In unserer Zeit erinnert das Leben oft an Formel 1, wo es keinen Platz für Langsamkeit gibt. Hohe Geschwindigkeit ist jedoch mit hohen Risiken verbunden, und ein unerfahrener Fahrer kann Schaden nehmen. Die Aufgabe der Eltern ist es, Trainer ihres Kindes zu werden, um es später ohne Angst vor seiner Zukunft in die Welt zu entlassen.

Einige Eltern halten sich für intelligenter als andere, einige sind bereit, jeden Ratschlag zu befolgen, den sie im Internet oder von der Nachbarin gehört haben, während anderen alles, was mit Erziehung zu tun hat, einfach „egal“ ist. Menschen sind unterschiedlich, aber wie die Kommunikation zwischen den Teilen des menschlichen Gehirns wichtig ist, spielt auch in der Erziehung die Kommunikation zwischen Eltern und ihren Kindern eine der wichtigsten Rollen.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und ein schönes Wochenende an alle, Leute! 🙂

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Quelle: habr.com