Uno de los “fenómenos” más misteriosos y no completamente comprendido es el cerebro humano. Muchas preguntas giran en torno a este complejo órgano: ¿por qué soñamos, cómo influyen las emociones en la toma de decisiones, qué células nerviosas son responsables de la percepción de la luz y el sonido, por qué a algunas personas les gustan los espadines y a otras las aceitunas? Todas estas cuestiones conciernen al cerebro, porque es el procesador central del cuerpo humano. Durante años, los científicos han prestado especial atención a los cerebros de personas que de alguna manera se destacan entre la multitud (desde genios autodidactas hasta psicópatas calculadores). Pero existe una categoría de personas cuyo comportamiento inusual está asociado con su edad: los adolescentes. Muchos adolescentes tienen un elevado sentido de contradicción, un espíritu aventurero y un deseo irresistible de encontrar aventuras en su trasero. Los científicos de la Universidad de Pensilvania decidieron observar más de cerca los misteriosos cerebros de los adolescentes y los procesos que tienen lugar en ellos. Lo que lograron descubrir, lo aprenderemos de su informe. Ir.
Base de investigación
Cualquier dispositivo de la tecnología y un órgano del cuerpo tienen su propia arquitectura que les permite funcionar de manera eficiente. La corteza cerebral humana está organizada según jerarquías funcionales que van desde unimodales corteza sensorial* y terminando en transmodal corteza de asociación*.
Corteza sensorial *: parte de la corteza cerebral responsable de recopilar y procesar la información recibida de los sentidos (ojos, lengua, nariz, oídos, piel y aparato vestibular).
La corteza de asociación* es la parte de la corteza parietal involucrada en la implementación de movimientos planificados. Cuando vamos a realizar cualquier movimiento, nuestro cerebro debe saber dónde se encuentra en ese segundo el cuerpo y sus partes que se moverán, así como dónde se encuentran los objetos del medio externo con los que se planea la interacción. Por ejemplo, quieres tomar una taza y tu cerebro ya sabe dónde se encuentran la mano y la taza.
Esta jerarquía funcional se debe a la anatomía de las vías. materia blanca*, que coordinan la actividad neuronal sincronizada y cognición*.
Materia blanca* - Si la materia gris está formada por neuronas, la blanca está formada por axones cubiertos de mielina, a lo largo de los cuales se transmiten los impulsos desde el cuerpo celular a otras células y órganos.
Cognición* (cognición): un conjunto de procesos asociados con la adquisición de nuevos conocimientos sobre el mundo que nos rodea.
La evolución de la corteza cerebral en los primates y el desarrollo del cerebro humano se caracterizan por la expansión y remodelación selectiva de áreas de asociación transmodal, que son la base de la representación sensorial de la información y las reglas abstractas para lograr objetivos.
El proceso de desarrollo del cerebro lleva mucho tiempo, durante el cual hay muchos procesos para mejorar el cerebro como sistema: mielinización*, poda sináptica* etcétera
Mielinización* - Los oligodendrocitos (un tipo de células auxiliares del sistema nervioso) envuelven una u otra parte del axón, como resultado de lo cual un oligodendrocito contacta con varias neuronas a la vez. Cuanto más activo es el axón, más fuerte es su mielinización, ya que esto aumenta su eficacia.
Poda sináptica* — reducir el número de sinapsis/neuronas para aumentar la eficiencia del neurosistema, es decir deshacerse de conexiones innecesarias. En otras palabras, se trata de la implementación del principio “no cantidad, sino calidad”.
Durante la formación del cerebro, se forma una especificación funcional en la corteza asociativa transmodal, que afecta directamente el desarrollo de funciones ejecutivas de orden superior, como memoria de trabajo*, flexibilidad cognitiva* и control inhibitorio*.
Memoria de trabajo* — sistema cognitivo de almacenamiento temporal de información. Este tipo de memoria se activa en el momento de los procesos de pensamiento actuales y participa en la toma de decisiones y en la formación de respuestas conductuales.
Flexibilidad cognitiva* - la capacidad de pasar de un pensamiento a otro y/o pensar en varias cosas al mismo tiempo.
Control inhibitorio* (respuesta de inhibición): una función ejecutiva que supervisa la capacidad de una persona para suprimir sus respuestas conductuales impulsivas (naturales, habituales o dominantes) a los estímulos para implementar una respuesta más apropiada a una situación particular (estímulo externo).
El estudio de las conexiones estructurales y funcionales del cerebro comenzó hace bastante tiempo. Con el advenimiento de la teoría de redes, fue posible visualizar las relaciones estructurales y funcionales en los sistemas neurobiológicos y dividirlas en categorías. En esencia, la conectividad estructural-funcional es el grado en que la distribución de las conexiones anatómicas en una región del cerebro mantiene una actividad neuronal sincronizada.
Se encontró que existe una fuerte relación entre indicadores de conectividad estructural y funcional en diferentes escalas espacio-temporales. En otras palabras, métodos de estudio más modernos han permitido categorizar determinadas áreas del cerebro según sus características funcionales asociadas a la edad del área y su tamaño.
Sin embargo, los científicos dicen que actualmente hay poca evidencia de cómo los cambios en la arquitectura de la materia blanca durante el desarrollo del cerebro humano mantienen fluctuaciones coordinadas en la actividad neuronal.
La conectividad 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 sustancia blanca se reflejará en la activación de las funciones ejecutivas del cerebro, por lo que será posible evaluar el grado de fuerza de la conexión estructural-funcional.
Para describir la relación estructural-funcional, los científicos plantearon tres hipótesis que fueron probadas durante el estudio.
La primera hipótesis plantea que la relación estructural-funcional reflejará la especialización funcional de la región 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. Por el contrario, la conectividad estructural-funcional será baja en la corteza de asociación transmodal, donde la comunicación funcional puede verse debilitada debido a limitaciones genéticas y anatómicas debidas a la rápida expansión evolutiva.
La segunda hipótesis se basa en la mielinización dependiente de la actividad a largo plazo durante el desarrollo y afirma que el desarrollo de conexiones estructurales y funcionales se concentrará en la corteza de asociación transmodal.
La tercera hipótesis: la relación estructural-funcional refleja la especialización funcional de la región cortical. Por lo tanto, se puede suponer que una conexión estructural-funcional más fuerte en la corteza asociativa frontoparietal estará involucrada en los cálculos especializados necesarios para la implementación de las funciones ejecutivas.
Resultados de la investigación
Para caracterizar el desarrollo de interacciones estructurales-funcionales en adolescentes, los investigadores cuantificaron hasta qué punto las conexiones estructurales entre regiones del cerebro apoyan fluctuaciones coordinadas en la actividad neuronal.
Utilizando datos de neuroimagen multimodal de 727 participantes de entre 8 y 23 años, se realizó una tractografía de difusión probabilística y se evaluó la conectividad funcional entre cada par de regiones corticales en tiempo de ejecución. tareas n-back*asociado con la actividad de la memoria de trabajo.
Tarea n-back* - una técnica para estimular la actividad de determinadas áreas del cerebro y probar la memoria de trabajo. Al sujeto se le presentan una serie de estímulos (visuales, auditivos, etc.). Debe determinar e indicar si tal o cual estímulo se produjo hace n posiciones. Por ejemplo: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problema 3: hacia atrás, donde cierta letra apareció 3 posiciones antes).
La conectividad funcional en reposo refleja fluctuaciones espontáneas en la actividad neuronal. Por el contrario, durante una tarea de memoria de trabajo, la conectividad funcional puede mejorar ciertas conexiones neuronales o poblaciones involucradas en funciones ejecutivas.
Imagen No. 1: midiendo la conexión estructural-funcional del cerebro humano.
Los nodos en las redes estructurales y funcionales del cerebro se identificaron mediante una parcelación cortical de 400 zonas basada en la homogeneidad funcional en los datos de resonancia magnética de los participantes del estudio. Para cada participante del estudio, se extrajeron perfiles de conectividad regional 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 a todos los demás nodos.
En primer lugar, los científicos comprobaron si la distribución espacial de las relaciones estructurales y funcionales coincide con las propiedades fundamentales de la organización cortical.
Imagen #2
Vale la pena señalar que la relación entre los perfiles regionales de conectividad estructural y funcional varió mucho a lo largo de la corteza (2A). Se observó una conexión más fuerte en la corteza prefrontal medial y sensorial primaria. Pero en las zonas lateral, temporal y frontoparietal la conexión era bastante débil.
Para una evaluación más comprensible de la relación entre la conectividad estructural-funcional y la especialización funcional, se calculó el coeficiente de "participación", que es una representación gráfica de la definición cuantitativa de conectividad entre áreas funcionalmente especializadas del cerebro. Cada una de las regiones del cerebro fue asignada a las siete redes neuronales funcionales clásicas. Los nodos neuronales del cerebro con un alto coeficiente de participación demuestran una comunicación intermodular diferente (conexión entre regiones del cerebro) y, por lo tanto, pueden influir en los procesos de transferencia de información entre regiones, así como en su dinámica. Pero los nodos con bajas tasas de participación muestran más conexiones locales dentro de la propia región del cerebro, en lugar de entre múltiples regiones. En pocas palabras, si el coeficiente es alto, diferentes partes del cerebro interactúan activamente entre sí; si es bajo, la actividad ocurre dentro del área sin comunicación con las vecinas (2C).
A continuación, se realizó una evaluación de la relación entre la variabilidad de la conectividad estructural-funcional y la jerarquía funcional a macroescala. La conectividad estructural-funcional coincide en gran medida con el gradiente principal de conectividad funcional: las áreas sensoriales unimodales muestran una conectividad estructural-funcional relativamente fuerte, mientras que las regiones transmodales en la cima de la jerarquía funcional muestran una conectividad más débil (2D).
También se encontró que existe una fuerte correlación entre la relación estructural-funcional y la expansión evolutiva del área de superficie cortical (2E). Las áreas sensoriales altamente conservadas tenían una conectividad estructural-funcional relativamente fuerte, mientras que las áreas transmodales altamente extendidas tenían una conectividad más débil. Tales observaciones apoyan plenamente la hipótesis de que la relación estructural-funcional es un reflejo de la jerarquía cortical de especialización funcional y expansión evolutiva.
Imagen #3
Los científicos recuerdan una vez más que los estudios anteriores se centraban en gran medida en el estudio de la conectividad estructural-funcional en el cerebro adulto. En el mismo trabajo se hizo hincapié en el estudio del cerebro, que aún se encuentra en proceso de desarrollo, es decir. sobre el estudio del cerebro adolescente.
Se encontró que las diferencias relacionadas con la edad en las conexiones estructurales y funcionales en el cerebro adolescente estaban ampliamente distribuidas en la corteza temporal lateral, parietal inferior y prefrontal (3А). Las ganancias de conectividad se distribuyeron desproporcionadamente entre las regiones corticales, es decir, estaban presentes en un subconjunto único de regiones corticales funcionalmente separadas (3V), que no se observó en el cerebro adulto.
El valor de las diferencias de edad en las relaciones estructurales y funcionales está fuertemente correlacionado con el coeficiente de participación funcional (3S) y gradiente funcional (3D).
La distribución espacial de las diferencias de edad en las relaciones estructurales y funcionales también correspondió a la expansión evolutiva de la corteza. Se observó un aumento de la conectividad relacionado con la edad en la corteza de asociación expandida, mientras que se observó una disminución de la conectividad relacionada con la edad en la corteza sensoriomotora altamente conservada (3E).
En la siguiente fase del estudio, 294 participantes se sometieron a un segundo examen cerebral 1.7 años después del primero. Por lo tanto, fue posible determinar la relación entre los cambios relacionados con la edad en la conectividad estructural-funcional y los cambios intraindividuales en el desarrollo. Para ello, se llevó a cabo una evaluación de los cambios longitudinales en la conectividad estructural-funcional.
Imagen #4
Se encontró una correspondencia significativa entre los cambios transversales y longitudinales relacionados con la edad en la relación estructural-funcional (4А).
Probar la relación de cambios longitudinales en la conectividad estructural-funcional (4B) y cambios longitudinales en el coeficiente de participación funcional (4S) se utilizó regresión lineal. Se encontró que los cambios longitudinales en la conectividad corresponden a cambios longitudinales en el coeficiente de participación funcional en áreas de asociación distribuidas de alto orden, incluidas aquellas en la corteza prefrontal dorsal y medial, la corteza parietal inferior y la corteza temporal lateral (4D).
Imagen #5
Luego, los científicos intentaron comprender las consecuencias de las diferencias individuales en las relaciones estructurales y funcionales para el comportamiento. En particular, si la conectividad estructural-funcional durante la ejecución de tareas con la memoria de trabajo puede explicar el desempeño ejecutivo. Se ha descubierto que la mejora en el desempeño ejecutivo está asociada con una conectividad estructural-funcional más fuerte en la corteza prefrontal rostrolateral, la circunvolución cingulada posterior y la corteza occipital medial.5A).
La totalidad de las observaciones anteriores conduce a varias conclusiones principales. En primer lugar, los cambios regionales en la conectividad estructural-funcional son inversamente proporcionales a la complejidad de la función de la que es responsable una u otra área del cerebro. Se ha encontrado una relación estructural-funcional más fuerte en partes del cerebro que se especializan en procesar información sensorial simple (como señales visuales). Y en las áreas del cerebro involucradas en procesos más complejos (función ejecutiva y control inhibitorio) había una menor conectividad estructural-funcional.
También se ha descubierto que la conectividad estructural-funcional es consistente con la expansión cerebral evolutiva observada en los primates. Estudios comparativos de los cerebros de humanos, primates y monos han demostrado anteriormente que las áreas sensoriales (como el sistema visual) están muy conservadas entre las especies de primates y no se han expandido mucho en la evolución reciente. Pero las áreas asociativas del cerebro (por ejemplo, la corteza prefrontal) han experimentado una expansión significativa. Quizás esta expansión afectó directamente el surgimiento de habilidades cognitivas complejas en los humanos. Se descubrió que las áreas del cerebro que se expandieron rápidamente durante la evolución tenían una conectividad estructural-funcional más débil, mientras que las áreas sensoriales simples tenían otras más fuertes.
En niños y adolescentes, la conexión estructural-funcional aumenta de manera bastante activa en las áreas frontales del cerebro, que son responsables de la función de inhibición (es decir, el autocontrol). Por tanto, el desarrollo a largo plazo de la conectividad estructural-funcional en estas áreas puede mejorar la función ejecutiva y el autocontrol, un proceso que continúa hasta la edad adulta.
Para obtener información más detallada sobre los matices del estudio, recomiendo consultar и a él.
El acto final
El cerebro humano siempre ha sido y seguirá siendo uno de los mayores misterios de la humanidad. Se trata de un mecanismo increíblemente complejo que debe realizar muchas funciones, controlar muchos procesos y almacenar enormes cantidades de información. Para muchos padres, nada es más misterioso que el cerebro de sus hijos adolescentes. Su comportamiento a veces es difícil de llamar lógico o constructivo, pero esto se debe al proceso de su desarrollo biológico y formación social.
Por supuesto, los cambios en las conexiones estructurales y funcionales de ciertas partes del cerebro y la influencia de los cambios hormonales pueden ser una justificación científica para el comportamiento peculiar de los jóvenes, pero esto no significa que no necesiten ser dirigidos. El hombre no es por naturaleza un ser asocial. Si alguien evita a otras personas, ciertamente no se debe a nuestra predisposición biológica. Por tanto, la participación activa de los padres en la vida de sus hijos es un aspecto sumamente importante de su desarrollo.
También hay que entender que ya a los tres años un niño ya es una persona con su propio carácter, sus deseos y su propia visión del mundo que le rodea. Un padre no debe volverse invisible para su hijo, dejándolo flotar libremente, pero tampoco debe convertirse en un muro de hormigón armado que le proteja de conocer el mundo. En algún lugar es necesario empujar, en algún lugar sostener, en algún lugar dar total libertad y en algún lugar, habiendo demostrado la autoridad de los padres, decir un "no" firme, incluso si el niño no está contento con esto.
Ser padre es difícil, más aún ser un buen padre. Pero ser adolescente tampoco es fácil. El cuerpo cambia exteriormente, el cerebro cambia, el entorno cambia (había una escuela y ahora una universidad), el ritmo de vida cambia. En nuestro tiempo, la vida a menudo se parece a una fórmula 1, en la que no hay lugar para la lentitud. Pero la alta velocidad conlleva muchos riesgos, por lo que un ciclista sin experiencia puede resultar herido. La tarea de un padre es convertirse en el entrenador de su hijo, para dejarle ir tranquilamente al mundo del futuro, sin temer por su futuro.
Algunos padres se consideran más inteligentes que otros, algunos están dispuestos a implementar cualquier consejo que escuchen en Internet o de un vecino, y algunos son simplemente "violetas" en todas las sutilezas de la educación. Las personas son diferentes, pero así como la comunicación entre sus departamentos es importante en el cerebro humano, la comunicación entre padres e hijos desempeña uno de los papeles más importantes en la educación.
¡Gracias por mirar, manténganse curiosos y tengan un gran fin de semana a todos! 🙂
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Fuente: habr.com