Uno de los fenómenos más misteriosos y aún no del todo comprendidos es el cerebro humano. Alrededor de este órgano complejo gira una multitud de preguntas: ¿por qué soñamos, cómo las emociones influyen en la toma de decisiones, qué células nerviosas son responsables de la percepción de la luz y el sonido, por qué a algunos les gustan las anchoas y a otros les encantan las aceitunas? Todas estas preguntas se relacionan con el cerebro, ya que es el procesador central del organismo humano. Durante muchos años, los científicos han prestado especial atención a los cerebros de las personas que, de alguna manera, se destacan de la multitud (desde genios autodidactas hasta psicópatas calculadores). Pero hay una categoría de personas cuyo comportamiento inusual se asocia con su edad: los adolescentes. Muchos adolescentes poseen un sentido agudo de contradicción, un espíritu aventurero y un deseo incontrolable de encontrar aventuras en su trasero. Los científicos de la Universidad de Pensilvania decidieron examinar detalladamente los enigmáticos cerebros de los adolescentes y los procesos que en ellos ocurren. Lo que lograron descubrir se presenta en su informe. Vamos allá.
Base de la investigación
Cualquier dispositivo en la técnica y cualquier órgano en el organismo tienen su propia arquitectura que les permite funcionar de manera eficiente. La corteza del cerebro humano está organizada según una jerarquía funcional, comenzando por la corteza sensorial* y terminando en la corteza asociativa*.
La corteza sensorial del cerebro* es la parte de la corteza cerebral que se encarga de recoger y procesar la información recibida de los órganos sensoriales (ojos, lengua, nariz, oídos, piel y aparato vestibular).
La corteza asociativa* es la parte de la corteza parietal del cerebro que participa en la realización de movimientos planificados. Cuando nos disponemos a realizar algún movimiento, nuestro cerebro debe saber dónde se encuentran en ese momento el cuerpo y las partes que se moverán, así como la ubicación de los objetos en el entorno externo con los que se planea interactuar. Por ejemplo, si deseas tomar una taza en tus manos, tu cerebro ya sabe dónde está tu mano y la propia taza.
Esta jerarquía funcional está determinada por la anatomía de las vías de materia blanca*, que coordinan la actividad neuronal sincronizada y la cognición*.
Materia blanca* — si la materia gris está compuesta por neuronas, la blanca se compone de axones recubiertos de mielina, a través de los cuales los impulsos se transmiten desde el cuerpo celular a otras células y órganos.
Cognición* (conocimiento) — conjunto de procesos relacionados con la adquisición de nuevos conocimientos sobre el mundo que nos rodea.
La evolución de la corteza cerebral en primates y el desarrollo del cerebro humano se caracterizan por una expansión dirigida y remodelación de las áreas asociativas transmodales, que son la base de los procesos de representación sensorial de la información y las reglas abstractas para alcanzar objetivos.
El proceso de desarrollo del cerebro toma considerable tiempo, durante el cual ocurren múltiples procesos de perfeccionamiento del cerebro como sistema: mielinización*, poda sináptica* etc.
Mielinización* — los oligodendrocitos (un tipo de células auxiliares del sistema nervioso) recubren una parte del axón, de modo que un oligodendrocito se conecta a varias neuronas a la vez. Cuanto más activo es el axón, más fuerte es su mielinización, ya que esto aumenta su eficiencia.
Poda sináptica* — reducción del número de sinapsis/neuronas para aumentar la eficiencia del sistema neuro, es decir, deshacerse de conexiones innecesarias. En otras palabras, es la realización del principio de "no en cantidad, sino en calidad."
Durante la formación del cerebro, se establece una especificación funcional en la corteza asociativa transmodal, lo que influye directamente en el desarrollo de funciones ejecutivas de alto nivel, tales como memoria de trabajo*, flexibilidad cognitiva* y control inhibitor*.
Memoria de trabajo* — sistema cognitivo de almacenamiento temporal de información. Este tipo de memoria se activa en momentos de procesos de pensamiento actuales y participa en la toma de decisiones y en la formación de respuestas conductuales.
Flexibilidad cognitiva* — capacidad de cambiar de un pensamiento a otro y/o considerar varias cosas al mismo tiempo.
Control inhibitor* (respuesta de inhibición) — función ejecutiva que supervisa la capacidad de una persona para suprimir sus reacciones conductuales impulsivas (naturales, habituales o dominantes) a estímulos para poder realizar una respuesta más apropiada a una situación específica (estímulo externo).
El estudio de las conexiones estructurales y funcionales del cerebro comenzó hace bastante tiempo. Con la aparición de la teoría de redes, se hizo posible visualizar las conexiones estructuralmente funcionales en los sistemas neurobiológicos y clasificarlas en categorías. En esencia, una conexión estructural-funcional es el grado en que la distribución de las conexiones anatómicas en un área del cerebro apoya la actividad neuronal sincronizada.
Se ha establecido una fuerte conexión entre los indicadores de conectividad estructural y funcional en diversas escalas espacio-temporales. En otras palabras, los métodos de estudio más modernos han permitido categorizar ciertas áreas del cerebro según sus características funcionales, relacionadas con la edad del área y su tamaño.
Sin embargo, como afirman los científicos, en la actualidad prácticamente no hay datos sobre cómo los cambios en la arquitectura de la materia blanca durante el desarrollo del cerebro humano apoyan las oscilaciones neuronales coordinadas.
La conexión estructural-funcional es la base de la comunicación funcional y ocurre cuando el perfil de conectividad interregional de la materia blanca en una región cortical predice la fuerza de la conectividad funcional interregional. Es decir, la actividad de la materia blanca se reflejará en la activación de las funciones ejecutivas del cerebro, permitiendo así evaluar el grado de fuerza de la conexión estructural-funcional.
Para describir la conexión estructural-funcional, los científicos han propuesto tres hipótesis que fueron verificadas durante la investigación.
La primera hipótesis sostiene que la conexión estructural-funcional reflejará la especialización funcional del área cortical. Es decir, la conexión estructural-funcional será fuerte en la corteza somatosensorial, debido a los procesos que determinan el desarrollo temprano de jerarquías sensoriales especializadas. En contraste, la conexión estructural-funcional será débil en la corteza asociativa transmodal, donde la comunicación funcional puede verse debilitada debido a limitaciones genéticas y anatómicas por la rápida expansión evolutiva.
La segunda hipótesis se basa en la mielinización dependiente de la actividad durante el desarrollo y sostiene que el desarrollo de las conexiones estructurales y funcionales se concentrará en la corteza asociativa transmodal.
La tercera hipótesis: la conexión estructural-funcional refleja la especialización funcional del área cortical. Por lo tanto, se puede suponer que una conexión estructural-funcional más fuerte en la corteza asociativa fronto-temporal participará en cálculos especializados necesarios para la realización de funciones ejecutivas.
Resultados de la investigación
Para caracterizar el desarrollo de la interacción estructural-funcional en los adolescentes, los científicos realizaron una evaluación cuantitativa del grado en que las conexiones estructurales de diferentes áreas del cerebro apoyan las oscilaciones coordinadas de la actividad neuronal.
Usando datos multimodales de neuroimagen de 727 participantes de entre 8 y 23 años, se llevó a cabo una tractografía de difusión probabilística y se evaluó la conectividad funcional entre cada par de áreas corticales durante la realización de la tarea n-retroceso*, relacionada con la actividad de la memoria de trabajo.
La tarea n-retroceso* es una metodología para estimular la actividad de áreas específicas del cerebro y evaluar la memoria de trabajo. Se presenta al sujeto una serie de estímulos (visuales, sonoros, etc.). Debe determinar e indicar si un determinado estímulo apareció n posiciones atrás. Por ejemplo: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R (tarea 3-retroceso, donde una letra específica apareció 3 posiciones antes).
La conectividad funcional en reposo refleja las oscilaciones espontáneas de la actividad neuronal. Sin embargo, durante la ejecución de la tarea de memoria de trabajo, la conectividad funcional puede fortalecer ciertas conexiones nerviosas o poblaciones involucradas en funciones ejecutivas.
Imagen n.º 1: medición de la conexión estructural-funcional del cerebro humano.
Los nodos en las redes estructurales y funcionales del cerebro fueron determinados utilizando una parcelación cortical de 400 zonas (división en zonas), basada en la homogeneidad funcional en los datos de resonancia magnética de los participantes en el estudio. Para cada participante, se extrajeron perfiles de conectividad regional a partir de cada fila de la matriz de conectividad estructural o funcional y se presentaron como vectores de fuerza de conectividad desde un nodo de la red neuronal hacia todos los demás nodos.
Primero, los científicos verificaron si la distribución espacial de las conexiones estructurales y funcionales coincidía con las propiedades fundamentales de la organización cortical.
Imagen Nº 2
Cabe destacar que la relación entre los perfiles regionales de conectividad estructural y funcional varió considerablemente a lo largo de la corteza (2A). Se observó una conexión más fuerte en la corteza sensorial primaria y en la corteza prefrontal medial. En cambio, en las áreas lateral, temporal y frontotemporal, la conexión fue bastante débil.
Para una evaluación más clara de la relación entre la conectividad estructural-funcional y la especialización funcional, se calculó el coeficiente de "participación", que representa una representación gráfica de la cuantificación de la conectividad entre áreas del cerebro funcionalmente especializadas. Cada una de las áreas del cerebro fue asignada a siete redes neuronales funcionales clásicas. Los nodos neuronales del cerebro con un alto coeficiente de participación demuestran diversas conexiones intermodulares (conexiones entre áreas del cerebro) y, por lo tanto, pueden influir en los procesos de transmisión de información entre áreas, así como en su dinámica. Por el contrario, los nodos con un bajo coeficiente de participación muestran conexiones más locales dentro de la misma área del cerebro, en lugar de entre varias áreas. En términos simples, si el coeficiente es alto, diferentes áreas del cerebro interactúan activamente entre sí; si es bajo, la actividad ocurre dentro del área sin conexión con las adyacentes.2C).
A continuación, se llevó a cabo una evaluación de la relación entre la variabilidad de la conectividad estructural-funcional y la jerarquía funcional macroscópica. La conectividad estructural-funcional coincide en gran medida con el principal gradiente de conectividad funcional: las áreas sensoriales unimodales demuestran una conectividad estructural-funcional relativamente fuerte, mientras que las áreas transmodales en la cima de la jerarquía funcional muestran una conexión más débil (2D).
También se estableció que existe una fuerte correlación entre la conectividad estructural-funcional y la expansión evolutiva de la superficie cortical (2E). Las áreas sensoriales altamente conservadoras tenían una conectividad estructural-funcional relativamente fuerte, mientras que las áreas transmodales de fuerte expansión mostraban una conexión más débil. Estas observaciones respaldan completamente la hipótesis de que la conectividad estructural-funcional refleja la jerarquía cortical de especialización funcional y la expansión evolutiva.
Imagen Nº 3
Los científicos recuerdan nuevamente que los estudios realizados anteriormente se centraron en gran medida en la investigación de la conectividad estructural-funcional en el cerebro del adulto. En este trabajo, se hizo hincapié en el estudio del cerebro que aún se encuentra en proceso de desarrollo, es decir, en el estudio del cerebro del adolescente.
Se encontró que en el cerebro de los adolescentes, las diferencias de edad en las conexiones estructural-funcionales estaban ampliamente distribuidas por la corteza temporo-lateral, la corteza parietal inferior y la corteza prefrontal (3A). Los aumentos en la conectividad estaban desproporcionadamente distribuidos por las áreas de la corteza, es decir, estaban presentes en un subconjunto único de áreas funcionalmente separadas de la corteza (3D), lo que no se observó en el cerebro del adulto.
La magnitud de las diferencias de edad en las conexiones estructural-funcionales correlacionó fuertemente con el coeficiente de participación funcional (3C) y el gradiente funcional (3D).
La distribución espacial de las diferencias de edad en las conexiones estructurales y funcionales también correspondía a la expansión evolutiva de la corteza. El aumento de la conectividad relacionado con la edad se observó en la corteza asociativa expandida del cerebro, mientras que la disminución de la conectividad relacionada con la edad se registró en la corteza sensoriomotora altamente conservadora (3E).
En la siguiente etapa del estudio, 294 participantes se sometieron a un nuevo escáner cerebral 1.7 años después del primero. Esto permitió determinar la relación entre los cambios de edad en la conectividad estructural y funcional y los cambios interindividuales en el desarrollo. Para ello, se evaluaron los cambios longitudinales en la conectividad estructural y funcional.
Imagen número 4
Se observó una correspondencia significativa entre los cambios de edad transversales y longitudinales en la conectividad estructural y funcional (4A).
Para verificar la relación entre los cambios longitudinales en la conectividad estructural y funcional (4B) y los cambios longitudinales en el coeficiente de participación funcional (4C) se utilizó regresión lineal. Se descubrió que los cambios longitudinales en la conectividad correspondían a cambios longitudinales en el coeficiente de participación funcional en áreas asociativas distribuidas de alto orden, incluyendo la corteza prefrontal dorsolateral y medial, la corteza parietal inferior y la corteza temporal lateral (4D).
Imagen Nº 5
Luego, los investigadores intentaron entender las implicaciones de las diferencias individuales en las conexiones estructurales y funcionales para el comportamiento. En particular, si la conectividad estructural y funcional durante una tarea de memoria de trabajo podría explicar el rendimiento ejecutivo. Se reveló que la mejora en el desempeño ejecutivo está relacionada con una conectividad estructural y funcional más fuerte en la corteza prefrontal dorsolateral, el giro cingulado posterior y la corteza occipital medial (5A).
La recopilación de las observaciones anteriores conduce a varias conclusiones fundamentales. En primer lugar, los cambios regionales en la conectividad estructural y funcional son inversamente proporcionales a la complejidad de la función que lleva a cabo una determinada área del cerebro. Se ha descubierto una conexión estructural y funcional más fuerte en las partes del cerebro que se especializan en el procesamiento de información sensorial simple (por ejemplo, señales visuales). En cambio, en las áreas del cerebro involucradas en procesos más complejos (función ejecutiva y control inhibitorio), la conectividad estructural y funcional es más baja.
También se ha establecido que la conectividad estructural y funcional se alinea con la expansión evolutiva del cerebro observada en primates. Se han realizado previamente estudios comparativos del cerebro humano, primate y simio, que mostraron que las áreas sensoriales (por ejemplo, el sistema visual) son muy conservadoras entre las especies de primates y no han experimentado una gran expansión en la reciente evolución. Sin embargo, las áreas asociativas del cerebro (como la corteza prefrontal) han sufrido una expansión significativa. Es posible que esta expansión haya influido directamente en el surgimiento de las complejas capacidades cognitivas en los humanos. Se ha descubierto que las áreas del cerebro que se expandieron rápidamente durante la evolución tenían una conectividad estructural y funcional más débil, mientras que las áreas sensoriales simples presentaban una conectividad más fuerte.
En niños y adolescentes, la conectividad estructural y funcional aumenta de manera activa en las áreas frontales del cerebro, las cuales son responsables de la función de inhibición (es decir, el autocontrol). Por lo tanto, el desarrollo prolongado de la conectividad estructural y funcional en estas áreas puede mejorar la función ejecutiva y el autocontrol, un proceso que continúa desarrollándose también en la edad adulta.
Para una comprensión más detallada de las sutilezas de la investigación, recomiendo consultar y a ello.
Epílogo
El cerebro humano siempre ha sido y seguirá siendo uno de los mayores misterios de la humanidad. Es un mecanismo increíblemente complejo que debe realizar numerosas funciones, controlar múltiples procesos y almacenar enormes volúmenes de información. Para muchos padres, no hay nada más enigmático que el cerebro de sus hijos adolescentes. Su comportamiento a veces resulta difícil de calificar como lógico o constructivo, sin embargo, esto se explica por el proceso de su desarrollo biológico y su formación social.
Por supuesto, los cambios en las conexiones estructurales y funcionales de ciertas áreas del cerebro y la influencia de los cambios hormonales pueden ser una justificación científica del comportamiento peculiar de los jóvenes, pero eso no significa que no deban ser guiados. El ser humano no es por naturaleza un ser asocial. Si alguien evita a los demás, no es, sin duda, por nuestra predisposición biológica. Por lo tanto, la participación activa de los padres en la vida de sus hijos es un aspecto crucial de su desarrollo.
También es importante entender que incluso a la edad de tres años, un niño ya es una persona con su propio carácter, deseos y perspectiva del mundo que le rodea. Un padre no debe volverse invisible para su hijo, dejándolo en libertad total, pero tampoco debe convertirse en un muro de hormigón que lo aísle del conocimiento del mundo. A veces hay que empujar, otras veces hay que contener, en ciertas ocasiones hay que dar total libertad y, en otras, utilizar la autoridad parental para decir un firme 'no', incluso si el niño no está satisfecho con ello.
Ser padre es complicado, y ser un buen padre aún más. Pero tampoco es sencillo ser adolescente. El cuerpo cambia externamente, el cerebro cambia, el entorno cambia (antes estaba en la escuela, y ahora en la universidad), y el ritmo de vida también cambia. En nuestra época, la vida a menudo se asemeja a una Fórmula 1, donde no hay espacio para la lentitud. Pero una gran velocidad conlleva un gran riesgo, por lo que un conductor inexperto puede verse perjudicado. La tarea del padre es convertirse en el entrenador de su hijo, para luego poder dejarlo ir al mundo sin miedo por su futuro.
Algunos padres se consideran más inteligentes que otros, algunos están dispuestos a seguir cualquier consejo que escuchen en Internet o de un vecino, mientras que a otros simplemente les «da igual» todas las sutilezas de la crianza. La gente es diferente, pero así como en el cerebro humano la comunicación entre sus secciones es importante, en la crianza una de las funciones más cruciales es la comunicación entre padres e hijos.
Gracias por su atención, sigan siendo curiosos y que todos tengan un excelente fin de semana, chicos! 🙂
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Fuente: habr.com
