Üks müstilisemaid ja mitte täielikult mõistetavaid "nähtusi" on inimese aju. Selle keerulise organi ümber keerleb palju küsimusi: miks me unistame, kuidas emotsioonid mõjutavad otsuste tegemist, millised närvirakud vastutavad valguse ja heli tajumise eest, miks mõnele meeldib kilu, teistele aga oliive? Kõik need küsimused puudutavad aju, sest see on inimkeha keskne protsessor. Teadlased on aastaid pööranud erilist tähelepanu nende inimeste ajudele, kes kuidagi teistest eristuvad (iseõppinud geeniustest kalkuleerivate psühhopaatideni). Kuid on kategooria inimesi, kelle ebatavalist käitumist seostatakse nende vanusega - teismelised. Paljudel teismelistel on kõrgendatud vastuolutunne, seiklushimuline vaim ja vastupandamatu soov oma tagumikul seiklusi leida. Pennsylvania ülikooli teadlased otsustasid noorukite salapäraseid ajusid ja neis toimuvaid protsesse lähemalt uurida. Mida neil õnnestus teada saada, õpime nende aruandest. Mine.
Uurimistöö alus
Igal tehnika seadmel ja keha organil on oma arhitektuur, mis võimaldab neil tõhusalt töötada. Inimese ajukoor on korraldatud funktsionaalsete hierarhiate järgi, mis ulatuvad unimodaalsest sensoorne ajukoor* ja lõpetades transmodaalsega assotsiatsioonikoor*.
Sensoorne ajukoor * - ajukoore osa, mis vastutab meeltelt (silmad, keel, nina, kõrvad, nahk ja vestibulaaraparaat) saadud teabe kogumise ja töötlemise eest.
Assotsiatsioonikoor* on parietaalkoore osa, mis on seotud planeeritud liigutuste teostamisega. Mis tahes liigutust sooritades peab meie aju teadma, kus sellel sekundil asuvad keha ja selle liikuvad osad, samuti seda, kus asuvad väliskeskkonna objektid, millega suhtlemist planeeritakse. Näiteks tahad tassi kätte võtta ja su aju teab juba, kus käsi ja tass ise asuvad.
See funktsionaalne hierarhia tuleneb radade anatoomiast valge aine*, mis koordineerivad sünkroniseeritud närvitegevust ja tunnetus*.
valge aine* - kui hallaine koosneb neuronitest, siis valge koosneb müeliiniga kaetud aksonitest, mida mööda kanduvad impulsid rakukehast teistele rakkudele ja organitele.
Tunnetus* (tunnetus) - protsesside kogum, mis on seotud ümbritseva maailma kohta uute teadmiste omandamisega.
Primaatide ajukoore evolutsiooni ja inimese aju arengut iseloomustab transmodaalsete assotsiatsioonipiirkondade sihipärane laienemine ja ümberkujunemine, mis on teabe sensoorse esituse ja eesmärkide saavutamise abstraktsete reeglite aluseks.
Aju arenguprotsess võtab palju aega, mille jooksul toimub palju aju kui süsteemi täiustamise protsesse: müelinisatsioon*, sünaptiline pügamine* jne
Müelinisatsioon* - oligodendrotsüüdid (teatud tüüpi närvisüsteemi abirakud) ümbritsevad ühte või teist aksoni osa, mille tulemusena üks oligodendrotsüüt kontakteerub korraga mitme neuroniga. Mida aktiivsem on akson, seda tugevam on selle müelinisatsioon, kuna see suurendab selle efektiivsust.
Sünaptiline pügamine* — sünapside/neuronite arvu vähendamine, et tõsta neurosüsteemi efektiivsust, s.t. tarbetutest ühendustest vabanemine. Teisisõnu, see on põhimõtte "mitte kvantiteet, vaid kvaliteet" rakendamine.
Aju moodustumise käigus moodustub transmodaalses assotsiatiivses ajukoores funktsionaalne spetsifikatsioon, mis mõjutab otseselt kõrgemat järku täidesaatvate funktsioonide arengut, nt. töömälu*, kognitiivne paindlikkus* и inhibeeriv kontroll*.
Töömälu* — ajutise teabe salvestamise kognitiivne süsteem. Seda tüüpi mälu aktiveeritakse praeguste mõtlemisprotsesside ajal ja osaleb otsuste tegemisel ja käitumuslike reaktsioonide kujundamisel.
Kognitiivne paindlikkus* - võime lülituda ühelt mõttelt teisele ja/või mõelda korraga mitmele asjale.
Inhibeeriv kontroll* (inhibeerimisreaktsioon) - täidesaatev funktsioon, mis jälgib inimese võimet suruda maha oma impulsiivseid (loomulikke, harjumuspäraseid või domineerivaid) käitumuslikke reaktsioone stiimulitele, et rakendada konkreetsele olukorrale sobivamat reaktsiooni (väline stiimul).
Aju struktuursete-funktsionaalsete seoste uurimine algas üsna kaua aega tagasi. Võrguteooria tulekuga sai võimalikuks neurobioloogiliste süsteemide struktuur-funktsionaalseid suhteid visualiseerida ja kategooriatesse jagada. Struktuur-funktsionaalne ühenduvus on oma olemuselt see, mil määral anatoomiliste ühenduste jaotus aju piirkonnas säilitab sünkroniseeritud närvitegevuse.
Leiti, et struktuurse ja funktsionaalse ühenduvuse näitajate vahel on erinevatel ajalis-ruumilistel skaaladel tugev seos. Teisisõnu, kaasaegsemad uurimismeetodid on võimaldanud kategoriseerida teatud ajupiirkondi nende funktsionaalsete tunnuste järgi, mis on seotud piirkonna vanuse ja suurusega.
Teadlaste sõnul on aga praegu vähe tõendeid selle kohta, kuidas valgeaine arhitektuuri muutused inimese aju arengu käigus säilitavad neuronaalse aktiivsuse koordineeritud kõikumisi.
Struktuur-funktsionaalne ühenduvus on funktsionaalse suhtluse alus ja see tekib siis, kui valgeaine piirkondadevaheline ühenduvusprofiil ajukoore piirkonnas ennustab piirkondadevahelise funktsionaalse ühenduvuse tugevust. See tähendab, et valgeaine aktiivsus kajastub aju täidesaatvate funktsioonide aktiveerimises, seega on võimalik hinnata struktuurse-funktsionaalse ühenduse tugevust.
Struktuuri-funktsionaalse seose kirjeldamiseks esitasid teadlased kolm hüpoteesi, mida uuringu käigus kontrolliti.
Esimene hüpotees väidab, et struktuurne ja funktsionaalne suhe peegeldab kortikaalse piirkonna funktsionaalset spetsialiseerumist. See tähendab, et struktuur-funktsionaalne seos on somatosensoorses ajukoores tugev protsesside tõttu, mis määravad kindlaks spetsiaalsete sensoorsete hierarhiate varase arengu. Seevastu struktuur-funktsionaalne ühenduvus on madal transmodaalses assotsiatsioonikoores, kus funktsionaalne side võib kiirest evolutsioonilisest laienemisest tulenevate geneetiliste ja anatoomiliste piirangute tõttu nõrgeneda.
Teine hüpotees põhineb pikaajalisel aktiivsusest sõltuval müeliniseerumisel arengu ajal ja väidab, et struktuursete ja funktsionaalsete ühenduste areng koondub transmodaalsesse assotsiatsioonikooresse.
Kolmas hüpotees: struktuurne-funktsionaalne suhe peegeldab kortikaalse piirkonna funktsionaalset spetsialiseerumist. Seetõttu võib eeldada, et täidesaatvate funktsioonide rakendamiseks vajalikesse spetsialiseeritud arvutustesse kaasatakse tugevam struktuur-funktsionaalne seos fronto-parietaalses assotsiatiivses ajukoores.
Uuringute tulemused
Struktuursete ja funktsionaalsete interaktsioonide arengu iseloomustamiseks noorukitel kvantifitseerisid teadlased, mil määral toetavad ajupiirkondade struktuursed ühendused närvitegevuse koordineeritud kõikumisi.
Kasutades 727 osaleja vanuses 8 kuni 23 aastat multimodaalseid neuropiltide andmeid, viidi läbi tõenäosuslik difusioonitraktograafia ja iga kortikaalse piirkonna paari funktsionaalset ühenduvust hinnati käitusajal. ülesanded tagasi*seotud töömälu aktiivsusega.
Ülesanne n-tagasi* - tehnika teatud ajupiirkondade aktiivsuse stimuleerimiseks ja töömälu testimiseks. Uuritavale esitatakse rida stiimuleid (visuaalsed, kuuldavad jne). Ta peab määrama ja näitama, kas see või teine stiimul oli n positsiooni tagasi. Näiteks: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (probleem 3-tagurpidi, kus teatud täht tekkis 3 positsiooni varem).
Funktsionaalne ühenduvus puhkeolekus peegeldab närvitegevuse spontaanseid kõikumisi. Seevastu töömälu ülesande ajal võib funktsionaalne ühenduvus tugevdada teatud närviühendusi või täidesaatvate funktsioonidega seotud populatsioone.
Pilt nr 1: inimaju struktuur-funktsionaalse seose mõõtmine.
Aju struktuursete ja funktsionaalsete võrgustike sõlmed tuvastati 400-tsoonilise kortikaalse partsellimise abil, mis põhines uuringus osalejate MRI andmete funktsionaalsel homogeensusel. Iga uuringus osaleja jaoks eraldati struktuurse või funktsionaalse ühenduvusmaatriksi igast reast piirkondlikud ühenduvusprofiilid ja esitati ühenduvuse tugevusvektoritena ühest närvivõrgu sõlmest kõigisse teistesse sõlmedesse.
Alustuseks kontrollisid teadlased, kas struktuursete ja funktsionaalsete suhete ruumiline jaotus langeb kokku kortikaalse organisatsiooni põhiomadustega.
Pilt nr 2
Väärib märkimist, et struktuurse ja funktsionaalse ühenduvuse piirkondlike profiilide vaheline seos varieerus kogu ajukoores suuresti (2A). Tugevamat seost täheldati primaarses sensoorses ja mediaalses prefrontaalses ajukoores. Kuid lateraalses, ajalises ja fronto-parietaalses piirkonnas oli ühendus üsna nõrk.
Struktuur-funktsionaalse ühenduvuse ja funktsionaalse spetsialiseerumise vahelise seose arusaadavamaks hindamiseks arvutati "osalemise" koefitsient, mis on funktsionaalselt spetsialiseerunud ajupiirkondade vahelise ühenduvuse kvantitatiivse määratluse graafiline esitus. Kõik ajupiirkonnad määrati seitsmele klassikalisele funktsionaalsele närvivõrgule. Kõrge osaluskoefitsiendiga aju neuronaalsed sõlmed demonstreerivad erinevat intermodulaarset suhtlust (ühendust ajupiirkondade vahel) ja võivad seetõttu mõjutada nii piirkondadevahelise teabe edastamise protsesse kui ka nende dünaamikat. Kuid madala osalusmääraga sõlmed näitavad rohkem kohalikke ühendusi ajupiirkonnas endas, mitte mitme piirkonna vahel. Lihtsamalt öeldes, kui koefitsient on kõrge, suhtlevad aju erinevad osad aktiivselt üksteisega; kui see on madal, toimub aktiivsus piirkonnas ilma naaberriikidega suhtlemata (2C).
Järgmisena hinnati struktuur-funktsionaalse ühenduvuse varieeruvuse ja makroskaala funktsionaalse hierarhia vahelist seost. Struktuur-funktsionaalne ühenduvus langeb suures osas kokku funktsionaalse ühenduvuse peamise gradiendiga: unimodaalsed sensoorsed piirkonnad näitavad suhteliselt tugevat struktuur-funktsionaalset ühenduvust, samas kui funktsionaalse hierarhia tipus olevad transmodaalsed piirkonnad näitavad nõrgemat ühenduvust (2D).
Samuti leiti, et struktuurse ja funktsionaalse suhte ja ajukoore pindala evolutsioonilise laienemise vahel on tugev korrelatsioon (2E). Väga konserveerunud sensoorsetel aladel oli suhteliselt tugev struktuurne ja funktsionaalne ühenduvus, samas kui väga laienenud transmodaalsetel aladel oli ühenduvus nõrgem. Sellised tähelepanekud toetavad täielikult hüpoteesi, et struktuurne-funktsionaalne suhe peegeldab funktsionaalse spetsialiseerumise ja evolutsioonilise laienemise kortikaalset hierarhiat.
Pilt nr 3
Teadlased tuletavad veel kord meelde, et varasemad uuringud on suures osas keskendunud täiskasvanu aju struktuurse ja funktsionaalse ühenduvuse uurimisele. Samas töös pandi rõhku aju uurimisele, mis on alles kujunemisjärgus, s.o. noorukite aju uurimisel.
Leiti, et vanusega seotud erinevused noorukite aju struktuursetes ja funktsionaalsetes seostes olid laialdaselt jaotunud lateraalses temporaalses, madalamas parietaalses ja prefrontaalses ajukoores.3А). Ühenduvuse suurenemine jaotus ebaproportsionaalselt kortikaalsete piirkondade vahel, st. esinesid ainulaadses funktsionaalselt eraldatud kortikaalsete piirkondade alamhulgas (3V), mida täiskasvanu ajus ei täheldatud.
Struktuuriliste ja funktsionaalsete suhete vanuseerinevuste väärtus korreleerus tugevalt funktsionaalse osaluse koefitsiendiga (3S) ja funktsionaalne gradient (3D).
Vanuseerinevuste ruumiline jaotus struktuursetes ja funktsionaalsetes suhetes vastas ka ajukoore evolutsioonilisele laienemisele. Laienenud assotsiatsioonikoores täheldati vanusega seotud ühenduvuse suurenemist, samas kui kõrgelt konserveerunud sensomotoorses ajukoores täheldati vanusega seotud ühenduvuse vähenemist (3E).
Uuringu järgmises etapis tehti 294 osalejale teine ajukontroll 1.7 aastat pärast esimest. Seega oli võimalik määrata seos vanusega seotud muutuste struktuur-funktsionaalses ühenduvuses ja indiviidisiseste arengumuutuste vahel. Selleks viidi läbi struktuur-funktsionaalse ühenduvuse pikisuunaliste muutuste hindamine.
Pilt nr 4
Märkimisväärne vastavus leiti rist- ja pikisuunaliste vanusega seotud muutuste vahel struktuurses-funktsionaalses seoses (4А).
Testida struktuur-funktsionaalse ühenduvuse pikisuunaliste muutuste seost (4B) ja funktsionaalse osaluse koefitsiendi pikisuunalised muutused (4S) kasutati lineaarset regressiooni. Leiti, et ühenduvuse pikisuunalised muutused vastavad funktsionaalse osaluse koefitsiendi pikisuunalistele muutustele kõrget järku hajutatud assotsiatsioonipiirkondades, sealhulgas dorsaalses ja mediaalses prefrontaalses ajukoores, madalamas parietaalkoores ja lateraalses ajalises ajukoores.4D).
Pilt nr 5
Seejärel püüdsid teadlased mõista struktuursete ja funktsionaalsete suhete individuaalsete erinevuste tagajärgi käitumisele. Eelkõige see, kas struktuurne ja funktsionaalne ühenduvus ülesande täitmisel töömäluga võib seletada täitmisjõudlust. On leitud, et juhtimisvõime paranemine on seotud tugevama struktuurse ja funktsionaalse ühenduvusega rostrolateraalses prefrontaalses ajukoores, tagumises tsingulaarses ajukoores ja mediaalses kuklakoores.5A).
Ülaltoodud tähelepanekute kokkuvõte viib mitme peamise järelduseni. Esiteks on struktuurse ja funktsionaalse ühenduvuse piirkondlikud muutused pöördvõrdelised selle funktsiooni keerukusega, mille eest üks või teine ajupiirkond vastutab. Tugevam struktuurne ja funktsionaalne seos on leitud aju osades, mis on spetsialiseerunud lihtsa sensoorse teabe (nt visuaalsete näpunäidete) töötlemisele. Ja aju piirkondades, mis on seotud keerukamate protsessidega (täitevfunktsioon ja inhibeeriv kontroll), oli struktuurne ja funktsionaalne ühenduvus madalam.
Samuti on leitud, et struktuurne ja funktsionaalne ühenduvus on kooskõlas primaatide aju evolutsioonilise laienemisega. Inimeste, primaatide ja ahvide aju võrdlevad uuringud on varem näidanud, et sensoorsed piirkonnad (nagu nägemissüsteem) on primaatide liikide seas väga konserveerunud ega ole viimase evolutsiooni käigus kuigi palju laienenud. Kuid aju assotsiatiivsed piirkonnad (näiteks prefrontaalne ajukoor) on oluliselt laienenud. Võib-olla mõjutas see laienemine otseselt inimeste keeruliste kognitiivsete võimete tekkimist. Leiti, et evolutsiooni käigus kiiresti laienenud ajupiirkondadel oli nõrgem struktuurne-funktsionaalne ühenduvus, samas kui lihtsatel sensoorsetel aladel olid tugevamad.
Lastel ja noorukitel suureneb struktuur-funktsionaalne seos üsna aktiivselt aju eesmistes piirkondades, mis vastutavad inhibeerimise (s.o enesekontrolli) funktsiooni eest. Seega võib struktuurilis-funktsionaalse ühenduvuse pikaajaline arendamine neis valdkondades parandada täidesaatvat funktsiooni ja enesekontrolli – protsess, mis jätkub täiskasvanueas.
Täpsemat infot uuringu nüansside kohta soovitan vaadata и talle.
Epiloog
Inimese aju on alati olnud ja jääb ka edaspidi inimkonna üheks suurimaks saladuseks. See on uskumatult keeruline mehhanism, mis peab täitma paljusid funktsioone, juhtima paljusid protsesse ja salvestama tohutul hulgal teavet. Paljude vanemate jaoks pole miski salapärasem kui nende teismeliste laste ajud. Nende käitumist on mõnikord raske nimetada loogiliseks või konstruktiivseks, kuid see on tingitud nende bioloogilise arengu ja sotsiaalse kujunemise protsessist.
Muidugi võivad teatud ajuosade struktuursete ja funktsionaalsete seoste muutused ning hormonaalsete muutuste mõju olla teaduslikuks põhjenduseks noorte omapärasele käitumisele, kuid see ei tähenda, et neid ei oleks vaja suunata. Inimene ei ole oma olemuselt asotsiaalne olend. Kui keegi väldib teisi inimesi, ei ole see kindlasti tingitud meie bioloogilisest eelsoodumusest. Seetõttu on vanemate aktiivne osalemine oma laste elus ülimalt oluline aspekt nende arengus.
Samuti tuleks mõista, et ka kolmeaastaselt on laps juba inimene, kellel on oma iseloom, oma soovid ja oma vaade ümbritsevale maailmale. Vanem ei tohiks muutuda oma lapsele nähtamatuks, lastes tal vabalt hõljuda, kuid ta ei tohiks muutuda raudbetoonseinaks, mis kaitseb teda maailma tundmise eest. Kusagil peate suruma, kuskil hoidma, kuskil andma täielikku vabadust ja kuskil, olles näidanud vanemlikku autoriteeti, ütlema kindla "ei", isegi kui laps pole sellega rahul.
Lapsevanemaks olemine on raske, veel raskem olla hea lapsevanem. Kuid ka teismeline pole lihtne. Keha muutub väliselt, aju muutub, keskkond muutub (oli kool, nüüd ülikool), muutub elurütm. Meie ajal meenutab elu sageli valemit-1, millel pole kohta aeglusel. Kuid suure kiirusega kaasneb suur risk, nii et kogenematu sõitja võib viga saada. Lapsevanema ülesanne on saada oma lapse treeneriks, et lasta tal tulevikus rahulikult maailma minna, kartmata oma tuleviku pärast.
Mõned vanemad peavad end teistest targemaks, mõned on valmis ellu viima kõiki Internetist või naabritelt kuuldud nõuandeid ja mõned on lihtsalt "violetsed" kõigi hariduse peensuste suhtes. Inimesed on erinevad, kuid nii nagu inimajus on oluline suhtlus selle osakondade vahel, on vanemate ja nende laste vaheline suhtlus hariduses üks olulisemaid rolle.
Aitäh vaatamast, olge uudishimulikud ja ilusat nädalavahetust kõigile! 🙂
Mõned reklaamid 🙂
Täname, et jäite meiega. Kas teile meeldivad meie artiklid? Kas soovite näha huvitavamat sisu? Toeta meid, esitades tellimuse või soovitades sõpradele, , algtaseme serverite ainulaadne analoog, mille me teie jaoks leiutasime: (saadaval RAID1 ja RAID10, kuni 24 tuuma ja kuni 40 GB DDR4-ga).
Dell R730xd 2x odavam Amsterdami Equinixi Tier IV andmekeskuses? Ainult siin Hollandis! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – alates 99 dollarist! Millegi kohta lugema
Allikas: www.habr.com