Yksi salaperäisimmistä ja tuntemattomimmista "ilmiöistä" on ihmisen aivot. Monet kysymykset pyörivät tämän monimutkaisen elimen ympärillä: miksi unelmoimme, miten tunteet vaikuttavat päätöksentekoon, mitkä hermosolut ovat vastuussa valon ja äänen havaitsemisesta, miksi jotkut ihmiset pitävät kilohailiista, kun taas toiset rakastavat oliiveja? Kaikki nämä kysymykset koskevat aivoja, koska ne ovat ihmiskehon keskusprosessori. Tiedemiehet ovat vuosien ajan kiinnittäneet erityistä huomiota ihmisten aivoihin, jotka jotenkin erottuivat joukosta (itseoppineista neroista laskeviin psykopaatteihin). Mutta on joukko ihmisiä, joiden epätavallinen käyttäytyminen liittyy heidän ikänsä - teini-ikäiset. Monilla teini-ikäisillä on kohonnut ristiriitaisuuden tunne, seikkailun henki ja vastustamaton halu löytää seikkailua hyödykseen. Pennsylvanian yliopiston tutkijat päättivät tarkastella lähemmin teini-ikäisten salaperäisiä aivoja ja niissä tapahtuvia prosesseja. Opimme raportistaan, mitä he onnistuivat saamaan selville. Mennä.
Tutkimuspohja
Kaikilla tekniikan laitteilla ja kaikilla kehon elimillä on oma arkkitehtuurinsa, jonka avulla ne voivat toimia tehokkaasti. Ihmisen aivokuori on järjestetty toiminnallisen hierarkian mukaan, joka vaihtelee unimodaalisesta sensorinen aivokuori* ja päättyen transmodaaliin yhdistyskuori*.
Sensorinen aivokuori* on aivokuoren osa, joka vastaa aisteista (silmistä, kielistä, nenästä, korvasta, ihosta ja vestibulaarijärjestelmästä) vastaanotetun tiedon keräämisestä ja käsittelystä.
Assosiaatiokuori* on osa aivojen parietaalista aivokuorta, joka osallistuu suunniteltujen liikkeiden toteuttamiseen. Kun olemme tekemässä mitä tahansa liikettä, aivomme täytyy tietää, missä keho ja sen liikkuvat osat sijaitsevat sillä hetkellä, sekä missä ulkoisen ympäristön esineet, joiden kanssa aiomme olla vuorovaikutuksessa, sijaitsevat. Haluat esimerkiksi nostaa kupin, ja aivosi tietävät jo missä käsi ja itse kuppi sijaitsevat.
Tämä toiminnallinen hierarkia määräytyy polkujen anatomian mukaan valkea aine*, jotka koordinoivat synkronoitua hermotoimintaa ja kognitio*.
Valkea aine* — jos harmaa aine koostuu hermosoluista, niin valkoinen aine koostuu myeliinin peittävistä aksoneista, joita pitkin impulssit siirtyvät solurungosta muihin soluihin ja elimiin.
Kognitio* (kognitio) - joukko prosesseja, jotka liittyvät uuden tiedon hankkimiseen ympäröivästä maailmasta.
Kädellisten aivokuoren evoluutiolle ja ihmisen aivojen kehitykselle on luonteenomaista transmodaalisten assosiaatioalueiden tavoitteellinen laajentuminen ja uudistuminen, jotka ovat tiedon aistinvaraisen esitysprosessin ja tavoitteiden saavuttamisen abstraktien sääntöjen perusta.
Aivojen kehitysprosessi vie paljon aikaa, jonka aikana tapahtuu monia aivojen järjestelmän parantamisprosesseja: myelinaatio*, synaptinen karsiminen* jne.
Myelinaatio* - oligodendrosyytit (hermoston apusolujen tyyppi) peittävät yhden tai toisen osan aksonista, minkä seurauksena yksi oligodendrosyytti kommunikoi useiden hermosolujen kanssa kerralla. Mitä aktiivisempi aksoni on, sitä myelinisoituneempi se on, koska tämä lisää sen tehokkuutta.
Synaptinen karsiminen* — synapsien/neuronien määrän vähentäminen hermojärjestelmän tehokkuuden lisäämiseksi, ts. päästä eroon tarpeettomista yhteyksistä. Toisin sanoen tämä on periaatteen "ei määrällä, vaan laadulla" täytäntöönpanoa.
Aivojen kehityksen aikana transmodaaliseen assosiaatiokuoreen muodostuu toiminnallinen spesifikaatio, joka vaikuttaa suoraan korkeamman asteen toimeenpanotoimintojen, kuten esim. työmuisti*, kognitiivinen joustavuus* и estävä kontrolli*.
Työmuisti* - kognitiivinen järjestelmä tiedon tilapäiseen tallentamiseen. Tämän tyyppinen muisti aktivoituu käynnissä olevien ajatteluprosessien aikana ja on mukana päätöksenteossa ja käyttäytymisreaktioiden muodostumisessa.
Kognitiivinen joustavuus* - kyky siirtyä ajatuksesta toiseen ja/tai ajatella useita asioita kerralla.
Estävä hallinta* (inhibitiovaste) on toimeenpanotoiminto, joka valvoo henkilön kykyä tukahduttaa impulsiiviset (luonnolliset, tavanomaiset tai hallitsevat) käyttäytymisreaktiot ärsykkeisiin toteuttaakseen sopivamman vastauksen tiettyyn tilanteeseen (ulkoinen ärsyke).
Aivojen rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien tutkiminen aloitettiin jo kauan sitten. Verkkoteorian myötä tuli mahdolliseksi visualisoida rakenteellisia ja toiminnallisia yhteyksiä neurobiologisissa järjestelmissä ja jakaa ne kategorioihin. Rakenteen ja toiminnan välinen yhteys on pohjimmiltaan se, missä määrin anatomisten yhteyksien jakautuminen aivoalueen sisällä tukee synkronoitua hermotoimintaa.
Rakenteellisen ja toiminnallisen liitettävyyden mittareiden välillä havaittiin vahva yhteys eri spatiotemporaalisilla asteikoilla. Toisin sanoen nykyaikaisemmat tutkimusmenetelmät ovat mahdollistaneet tiettyjen aivojen alueiden luokittelun niiden toiminnallisten ominaisuuksien mukaan, jotka liittyvät alueen ikään ja sen kokoon.
Tutkijat sanovat kuitenkin, että tällä hetkellä on vain vähän todisteita siitä, kuinka muutokset valkoisen aineen arkkitehtuurissa ihmisen aivojen kehityksen aikana tukevat koordinoituja hermotoiminnan vaihteluita.
Rakenteellinen-toiminnallinen liitettävyys on toiminnallisen viestinnän perusta, ja se tapahtuu, kun aivokuoren alueen alueiden välinen valkoisen aineen yhteysprofiili ennustaa alueiden välisen toiminnallisen yhteyden vahvuuden. Eli valkoisen aineen aktiivisuus heijastuu aivojen toimeenpanotoimintojen aktivoitumiseen, jolloin on mahdollista arvioida rakenteellis-toiminnallisen yhteyden vahvuus.
Kuvatakseen rakenteellista ja toiminnallista suhdetta tutkijat esittivät kolme hypoteesia, joita testattiin tutkimuksen aikana.
Ensimmäinen hypoteesi väittää, että rakenteen ja toiminnan välinen yhteys heijastelee aivokuoren alueen toiminnallista erikoistumista. Toisin sanoen rakenne-toimintoyhteys on vahva somatosensorisessa aivokuoressa, johtuen prosesseista, jotka määräävät erikoistuneiden aistihierarkioiden varhaisen kehityksen. Sitä vastoin rakenteen ja toiminnan välinen yhteys on alhainen transmodaalisessa assosiaatiokuoressa, jossa toiminnallinen kommunikaatio voi heiketä geneettisten ja anatomisten rajoitusten vuoksi nopean evolutionaarisen laajentumisen vuoksi.
Toinen hypoteesi perustuu pitkäkestoiseen aktiivisuudesta riippuvaiseen myelinaatioon kehityksen aikana ja väittää, että rakenne-funktio-yhteyksien kehittyminen keskittyy transmodaaliseen assosiaatiokuoreen.
Kolmas hypoteesi: rakenteellinen-toiminnallinen yhteys heijastelee aivokuoren alueen toiminnallista erikoistumista. Siksi voidaan olettaa, että vahvempi rakenteellinen-toiminnallinen yhteys frontoparietaalisen assosiaatiokuoren sisällä tulee mukaan erityisiin laskelmiin, jotka ovat välttämättömiä toimeenpanotoimintojen toteuttamiseksi.
Tutkimuksen tulokset
Luonnehtiakseen rakenteen ja toiminnan välisen yhteyden kehittymistä nuorilla tutkijat määrittelivät, missä määrin aivojen eri alueiden rakenteelliset yhteydet tukevat hermotoiminnan koordinoituja vaihteluita.
Todennäköisyyspohjainen diffuusiotraktografia suoritettiin käyttämällä multimodaalisia neurokuvantamistietoja 727 osallistujalta, iältään 8–23 vuotta, ja arvioitiin kunkin aivokuoren alueparin toiminnallinen yhteys suorituksen aikana. n-back tehtävät*liittyvät työmuistin toimintaan.
Ongelma n-back* - tekniikka tiettyjen aivojen alueiden toiminnan stimuloimiseksi ja työmuistin testaamiseksi. Kohde saa useita ärsykkeitä (visuaalinen, ääni jne.). Hänen on määritettävä ja osoitettava, oliko tämä tai tuo ärsyke läsnä n asemaa sitten. Esimerkiksi: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (3-selkäongelma, jossa tietty kirjain ilmestyi 3. asemaan aiemmin).
Lepotilan toiminnallinen yhteys heijastaa hermotoiminnan spontaaneja vaihteluita. Mutta työmuistitehtävän aikana toiminnallinen liitettävyys voi parantaa tiettyjä hermoyhteyksiä tai toimeenpanotoimintoihin osallistuvia populaatioita.
Kuva 1: Ihmisaivojen rakenteellisen ja toiminnallisen liitettävyyden mittaaminen.
Solmut rakenteellisissa ja toiminnallisissa aivoverkoissa tunnistettiin käyttämällä 400-alueen aivokuoren ryhmittelyä, joka perustuu tutkimukseen osallistuneiden MRI-tietojen toiminnalliseen homogeenisuuteen. Jokaiselle tutkimukseen osallistujalle poimittiin alueelliset yhteysprofiilit jokaiselta rakenteellisen tai toiminnallisen liitettävyysmatriisin riviltä ja esitettiin yhteysvoimakkuuden vektoreina yhdestä hermoverkkosolmusta kaikkiin muihin solmuihin.
Aluksi tutkijat tarkistivat, onko rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien tilajakauma sama kuin aivokuoren organisaation perusominaisuudet.
Kuva #2
On syytä huomata, että alueellisten rakenteellisten ja toiminnallisten yhteysprofiilien välinen suhde vaihteli suuresti aivokuoressa (2A). Vahvempia yhteyksiä havaittiin primaarisessa sensorisessa ja mediaalisessa prefrontaalisessa aivokuoressa. Mutta lateraalisilla, temporaalisilla ja frontoparietaalisilla alueilla yhteys oli melko heikko.
Ymmärrettävämpään arviointiin rakenteellis-toiminnallisen liitettävyyden ja toiminnallisen erikoistumisen välisestä suhteesta laskettiin "osallistuja"-kerroin, joka on graafinen esitys aivojen toiminnallisesti erikoistuneiden alueiden välisen yhteyden kvantitatiivisesta määrityksestä. Jokainen aivojen alue sijoitettiin seitsemään klassiseen toiminnalliseen hermoverkkoon. Aivojen hermosolmukkeet, joilla on korkea osallistumiskerroin, osoittavat erilaisia intermodulaarisia yhteyksiä (yhteydet aivoalueiden välillä) ja voivat siten vaikuttaa alueiden välisiin tiedonsiirtoprosesseihin sekä niiden dynamiikkaan. Mutta solmut, joilla on alhainen osallistumisaste, osoittavat enemmän paikallisia yhteyksiä itse aivoalueella kuin useiden alueiden välillä. Yksinkertaisesti sanottuna, jos kerroin on korkea, aivojen eri alueet ovat aktiivisesti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa; jos se on alhainen, aktiivisuutta tapahtuu alueella ilman yhteyttä viereisiin (2C).
Seuraavaksi arvioitiin rakenteellis-toiminnallisen liitettävyyden vaihtelun ja makromittakaavan toiminnallisen hierarkian välistä suhdetta. Rakenteellis-toiminnallinen liitettävyys on suurelta osin yhteneväinen toiminnallisen liitettävyyden taustalla olevan gradientin kanssa: unimodaaliset aistialueet osoittavat suhteellisen vahvaa rakenteellista ja toiminnallista yhteyttä, kun taas toiminnallisen hierarkian huipulla olevat transmodaaliset alueet osoittavat heikompaa yhteyttä (2D).
Todettiin myös, että rakenteellisen ja toiminnallisen suhteen ja aivokuoren pinta-alan evoluutiolaajenemisen välillä on vahva korrelaatio (2E). Erittäin konservoituneilla aistialueilla oli suhteellisen vahva rakenteen ja toiminnan välinen yhteys, kun taas pitkälle laajennetuilla transmodaalisilla alueilla oli heikompi yhteys. Tällaiset havainnot tukevat täysin hypoteesia, että rakenteen ja toiminnan välinen yhteys heijastaa toiminnallisen erikoistumisen ja evolutionaarisen laajentumisen aivokuoren hierarkiaa.
Kuva #3
Tiedemiehet muistuttavat jälleen kerran, että aiempi tutkimus keskittyi pitkälti aikuisen aivojen rakenteellisen ja toiminnallisen yhteyksien tutkimiseen. Samassa työssä painotettiin aivojen tutkimusta, joka on vielä kehitysvaiheessa, ts. nuoren aivojen tutkimisesta.
Todettiin, että nuorten aivoissa ikään liittyvät erot rakenteellisissa ja toiminnallisissa yhteyksissä olivat jakautuneet laajalti lateraalisiin temporaalisiin, alempaan parietaaliseen ja etuotsakuoreen.3А). Yhteyden parannukset jakautuivat suhteettoman paljon aivokuoren alueiden kesken, esim. olivat läsnä ainutlaatuisessa toiminnallisesti erotettujen aivokuoren alueiden alajoukossa (3V), jota ei havaittu aikuisen aivoissa.
Ikäerojen suuruus rakenteellis-toiminnallisissa yhteyksissä korreloi voimakkaasti toiminnallisen osallistumisasteen kanssa (3S) ja toiminnallinen gradientti (3D).
Rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien ikään liittyvien erojen spatiaalinen jakauma oli myös yhdenmukainen aivokuoren evolutionaarisen laajentumisen kanssa. Ikään liittyvä yhteyden lisääntyminen havaittiin laajennetussa assosiaatiokuoressa, kun taas ikään liittyvä yhteyden väheneminen havaittiin erittäin konservoituneessa sensomotorisessa aivokuoressa (3E).
Tutkimuksen seuraavassa vaiheessa 294 osallistujalle tehtiin toinen aivotutkimus 1.7 vuotta ensimmäisen jälkeen. Tällä tavoin pystyttiin selvittämään ikään liittyvien rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien muutosten ja yksilön sisäisten kehitysmuutosten suhde. Tätä tarkoitusta varten arvioitiin pitkittäisiä muutoksia rakenteellis-toiminnallisessa yhteyksissä.
Kuva #4
Poikkileikkauksen ja pitkittäisen ikään liittyvien rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien välillä oli merkittävä vastaavuus (4А).
Testaa pitkittäisten muutosten välistä suhdetta rakenteellisessa ja toiminnallisessa kytkennässä (4B) ja pitkittäiset muutokset toiminnallisessa osallistumisasteessa (4S) käytettiin lineaarista regressiota. Pitkittäisten yhteyksien muutosten havaittiin vastaavan pitkittäisiä muutoksia toiminnallisessa osallistumissuhteessa hajautetuilla korkean asteen assosiaatioalueilla, mukaan lukien dorsaalinen ja mediaalinen prefrontaalinen aivokuori, inferior parietaalinen aivokuori ja lateraalinen temporaalinen aivokuori (4D).
Kuva #5
Tutkijat yrittivät sitten ymmärtää rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien yksilöllisten erojen seurauksia käyttäytymiseen. Tarkemmin sanottuna, voiko rakenteellinen ja toiminnallinen liitettävyys työmuistitehtävän aikana selittää suorituskyvyn. Toimeenpanevan toiminnan parantumisen havaittiin liittyvän vahvempaan rakenteelliseen ja toiminnalliseen yhteyteen rostrolateraalisessa prefrontaalisessa aivokuoressa, posteriorisessa cingulaattikuoressa ja mediaalisessa takaraivokuoressa.5A).
Edellä kuvattujen havaintojen kokonaisuus johtaa useisiin pääjohtopäätöksiin. Ensinnäkin alueelliset muutokset rakenteellis-toiminnallisessa yhteyksissä ovat kääntäen verrannollisia sen toiminnon monimutkaisuuteen, josta tietty aivoalue on vastuussa. Vahvempi rakenteen ja toiminnan välinen yhteys havaittiin aivojen osissa, jotka ovat erikoistuneet käsittelemään yksinkertaista aistitietoa (kuten visuaalisia signaaleja). Ja aivojen alueilla, jotka osallistuvat monimutkaisempiin prosesseihin (toimeenpanotoiminto ja estävä ohjaus), oli heikompi rakenteellinen ja toiminnallinen yhteys.
Rakenteellisen ja toiminnallisen liitettävyyden havaittiin myös olevan yhdenmukainen kädellisillä havaitun aivojen evolutionaarisen laajentumisen kanssa. Aiemmat vertailevat tutkimukset ihmisten, kädellisten ja apinoiden aivoista ovat osoittaneet, että aistialueet (kuten näköjärjestelmä) ovat erittäin säilyneet kädellislajeissa eivätkä ole laajentuneet juurikaan viimeaikaisen evoluution aikana. Mutta aivojen assosiaatioalueet (esimerkiksi prefrontaalinen aivokuori) ovat laajentuneet merkittävästi. Ehkä tämä laajentuminen vaikutti suoraan monimutkaisten kognitiivisten kykyjen syntymiseen ihmisissä. Havaittiin, että evoluution aikana nopeasti laajentuneilla aivoalueilla oli heikompi rakenteellinen ja toiminnallinen yhteys, kun taas yksinkertaisilla aistialueilla oli vahvempi yhteys.
Lapsilla ja nuorilla rakenteellinen-toiminnallinen yhteys lisääntyy melko aktiivisesti aivojen etuosissa, jotka vastaavat estotoiminnasta (eli itsehallinnasta). Siten rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien pitkäaikainen kehittäminen näillä alueilla voi parantaa toimeenpanotoimintaa ja itsehillintää, prosessi, joka jatkuu aikuisuuteen asti.
Tarkempia tietoja tutkimuksen vivahteista suosittelen katsomaan и hänelle.
Epilogi
Ihmisaivot ovat aina olleet ja tulevat olemaan pitkään yksi ihmiskunnan suurimmista mysteereistä. Tämä on uskomattoman monimutkainen mekanismi, jonka on suoritettava monia toimintoja, ohjattava monia prosesseja ja tallennettava valtavia määriä tietoa. Monille vanhemmille ei ole mitään salaperäisempää kuin heidän teini-ikäisten lastensa aivot. Heidän käyttäytymistään on joskus vaikea kutsua loogiseksi tai rakentavaksi, mutta tämä selittyy heidän biologisen kehityksensä ja sosiaalisen muodostumisensa prosessilla.
Tiettyjen aivoalueiden rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien muutokset ja hormonaalisten muutosten vaikutus voivat tietysti olla tieteellisesti perustelu nuorten omituiselle käytökselle, mutta se ei tarkoita, etteikö niitä tarvitsisi ohjata. Ihminen ei ole luonnostaan asosiaalinen olento. Jos joku välttää muita ihmisiä, se ei todellakaan johdu biologisesta taipumuksestamme. Siksi vanhempien aktiivinen osallistuminen lastensa elämään on erittäin tärkeä osa heidän kehitystään.
On myös syytä ymmärtää, että lapsi on jo kolmivuotiaana yksilö, jolla on oma luonteensa, omat halunsa ja oma näkemyksensä ympäröivästä maailmasta. Vanhemman ei pitäisi tulla lapselleen näkymätön, päästää hänet vapaasti, mutta hänen ei tule muuttua teräsbetoniseinäksi, joka suojelee häntä maailman tiedosta. Jossain sinun täytyy työntää, jossain pidätellä, jossain sinun on annettava täydellinen vapaus, ja jossain vanhempien auktoriteettia osoittaen sinun on sanottava luja "ei", vaikka lapsi olisi tyytymätön tähän.
Vanhempana oleminen on vaikeaa, hyvänä vanhempana oleminen on vielä vaikeampaa. Mutta teini-ikäinen ei ole niin helppoa. Keho muuttuu ulkoisesti, aivot muuttuvat, ympäristö muuttuu (oli koulu ja nyt yliopisto), elämänrytmi muuttuu. Nykyään elämä muistuttaa usein Formula 1:tä, jossa hitaudelle ei ole sijaa. Mutta suureen nopeuteen liittyy suuri riski, joten kokematon ratsastaja voi loukkaantua. Vanhemman tehtävänä on ryhtyä valmentajaksi lapselleen, jotta hän päästää hänet tulevaisuudessa rauhallisesti maailmaan ilman pelkoa tulevaisuudestaan.
Jotkut vanhemmat pitävät itseään älykkäämpinä kuin toiset, jotkut ovat valmiita toteuttamaan kaikkia Internetistä tai naapurilta kuulemiaan neuvoja, ja jotkut ovat yksinkertaisesti "violetteja" kaikissa vanhemmuuden monimutkaisissa asioissa. Ihmiset ovat erilaisia, mutta aivan kuten kommunikaatio sen osien välillä on tärkeää ihmisaivoille, vanhempien ja heidän lastensa välinen kommunikaatio on yksi koulutuksen tärkeimmistä rooleista.
Kiitos katsomisesta, pysykää utelias ja hyvää viikonloppua kaikille! 🙂
Muutamia mainoksia 🙂
Kiitos, että pysyt kanssamme. Pidätkö artikkeleistamme? Haluatko nähdä mielenkiintoisempaa sisältöä? Tue meitä tekemällä tilauksen tai suosittelemalla ystäville, , ainutlaatuinen lähtötason palvelimien analogi, jonka me keksimme sinulle: (saatavana RAID1:n ja RAID10:n kanssa, jopa 24 ydintä ja jopa 40 Gt DDR4-muistia).
Dell R730xd 2 kertaa halvempi Equinix Tier IV -palvelinkeskuksessa Amsterdamissa? Vain täällä Alankomaissa! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - alkaen 99 dollaria! Lukea
Lähde: will.com