L’un des « phénomènes » les plus mystérieux et mal compris est le cerveau humain. De nombreuses questions tournent autour de cet organe complexe : pourquoi rêvons-nous, comment les émotions influencent-elles la prise de décision, quelles cellules nerveuses sont responsables de la perception de la lumière et du son, pourquoi certaines personnes aiment les sprats tandis que d'autres adorent les olives ? Toutes ces questions concernent le cerveau, car il est le processeur central du corps humain. Pendant des années, les scientifiques ont accordé une attention particulière aux cerveaux de personnes qui se démarquaient d’une manière ou d’une autre (des génies autodidactes aux psychopathes calculateurs). Mais il existe une catégorie de personnes dont le comportement inhabituel est associé à leur âge : les adolescents. De nombreux adolescents ont un sens aigu de la contradiction, un esprit d’aventurisme et un désir irrésistible de trouver l’aventure à leur avantage. Des scientifiques de l'Université de Pennsylvanie ont décidé d'examiner de plus près les mystérieux cerveaux des adolescents et les processus qui s'y déroulent. Nous apprenons ce qu’ils ont réussi à découvrir grâce à leur rapport. Aller.
Base de recherche
Tout appareil technologique et tout organe du corps ont leur propre architecture qui leur permet de fonctionner efficacement. Le cortex cérébral humain est organisé selon une hiérarchie fonctionnelle, allant de l'unimodal cortex sensoriel* et se terminant par transmodal cortex associatif*.
Le cortex sensoriel* est la partie du cortex cérébral chargée de collecter et de traiter les informations reçues des sens (yeux, langue, nez, oreilles, peau et système vestibulaire).
Le cortex associatif* fait partie du cortex pariétal du cerveau impliqué dans la mise en œuvre des mouvements planifiés. Lorsque nous sommes sur le point d'effectuer un mouvement, notre cerveau doit savoir où se trouvent le corps et ses parties qui vont bouger à ce moment-là, ainsi que où se trouvent les objets de l'environnement extérieur avec lesquels nous envisageons d'interagir. Par exemple, vous voulez prendre une tasse et votre cerveau sait déjà où se trouvent la main et la tasse elle-même.
Cette hiérarchie fonctionnelle est déterminée par l'anatomie des voies matière blanche*, qui coordonnent l’activité neuronale synchronisée et cognition*.
Matière blanche* — si la matière grise est constituée de neurones, alors la substance blanche est constituée d'axones recouverts de myéline, le long desquels les impulsions sont transmises du corps cellulaire à d'autres cellules et organes.
Cognition* (cognition) - un ensemble de processus associés à l'acquisition de nouvelles connaissances sur le monde qui nous entoure.
L'évolution du cortex cérébral chez les primates et le développement du cerveau humain sont caractérisés par une expansion et un remodelage ciblés des zones associatives transmodales, qui constituent la base des processus de représentation sensorielle de l'information et des règles abstraites pour atteindre les objectifs.
Le processus de développement du cerveau prend beaucoup de temps, au cours duquel se produisent de nombreux processus d'amélioration du cerveau en tant que système : myélinisation*, élagage synaptique* etc.
Myélinisation* - les oligodendrocytes (un type de cellules auxiliaires du système nerveux) enveloppent l'une ou l'autre partie de l'axone, grâce à quoi un oligodendrocytes communique avec plusieurs neurones à la fois. Plus l’axone est actif, plus il est myélinisé, ce qui augmente son efficacité.
Taille synaptique* — réduire le nombre de synapses/neurones pour augmenter l'efficacité du système neuronal, c'est-à-dire se débarrasser des connexions inutiles. En d’autres termes, il s’agit de la mise en œuvre du principe « non par la quantité, mais par la qualité ».
Au cours du développement du cerveau, des spécifications fonctionnelles se forment dans le cortex d'association transmodale, ce qui affecte directement le développement des fonctions exécutives d'ordre supérieur, telles que mémoire de travail*, flexibilité cognitive* и contrôle inhibiteur*.
Mémoire de travail* - un système cognitif de stockage temporaire d'informations. Ce type de mémoire est activé au cours des processus de pensée en cours et participe à la prise de décision et à la formation de réponses comportementales.
Flexibilité cognitive* - la capacité de passer d'une pensée à une autre et/ou de penser à plusieurs choses à la fois.
Contrôle inhibiteur* (réponse d'inhibition) est une fonction exécutive qui supervise la capacité d'une personne à supprimer ses réactions comportementales impulsives (naturelles, habituelles ou dominantes) aux stimuli afin de mettre en œuvre une réponse plus appropriée à une situation spécifique (stimulus externe).
L’étude des connexions structurelles et fonctionnelles du cerveau a commencé il y a longtemps. Avec l’avènement de la théorie des réseaux, il est devenu possible de visualiser les connexions structurelles-fonctionnelles dans les systèmes neurobiologiques et de les diviser en catégories. À la base, la connectivité structure-fonction est le degré auquel la distribution des connexions anatomiques au sein d’une région cérébrale soutient une activité neuronale synchronisée.
Une forte relation a été trouvée entre les mesures de connectivité structurelle et fonctionnelle à différentes échelles spatio-temporelles. Autrement dit, des méthodes de recherche plus modernes ont permis de catégoriser certaines zones du cerveau selon leurs caractéristiques fonctionnelles liées à l’âge de la zone et à sa taille.
Cependant, les scientifiques affirment qu'il existe actuellement peu de preuves de la manière dont les changements dans l'architecture de la substance blanche au cours du développement du cerveau humain soutiennent les fluctuations coordonnées de l'activité neuronale.
La connectivité structurelle-fonctionnelle est la base de la communication fonctionnelle et se produit lorsque le profil de connectivité interrégionale de la substance blanche d'une région corticale prédit la force de la connectivité fonctionnelle interrégionale. C'est-à-dire que l'activité de la substance blanche se reflétera dans l'activation des fonctions exécutives du cerveau, il sera ainsi possible d'évaluer le degré de force de la connexion structurelle-fonctionnelle.
Pour décrire la relation structurelle-fonctionnelle, les scientifiques ont avancé trois hypothèses qui ont été testées au cours de l'étude.
La première hypothèse affirme que la connectivité structure-fonction reflétera la spécialisation fonctionnelle de la région corticale. Autrement dit, la connectivité structure-fonction sera forte dans le cortex somatosensoriel, en raison de processus qui déterminent le développement précoce de hiérarchies sensorielles spécialisées. En revanche, la connectivité structure-fonction sera faible dans le cortex d’association transmodale, où la communication fonctionnelle peut être affaiblie par des contraintes génétiques et anatomiques dues à une expansion évolutive rapide.
La deuxième hypothèse est basée sur une myélinisation dépendante de l'activité à long terme au cours du développement et affirme que le développement des connexions structure-fonction sera concentré dans le cortex d'association transmodale.
Troisième hypothèse : la connexion structurale-fonctionnelle reflète la spécialisation fonctionnelle de la région corticale. Par conséquent, on peut supposer qu’une connexion structurelle-fonctionnelle plus forte dans le cortex associatif frontopariétal sera impliquée dans les calculs spécialisés nécessaires à la mise en œuvre des fonctions exécutives.
Résultats de l'étude
Pour caractériser le développement de la connectivité structure-fonction chez les adolescents, les scientifiques ont quantifié dans quelle mesure les connexions structurelles dans différentes régions du cerveau soutiennent des fluctuations coordonnées de l'activité neuronale.
À l’aide de données de neuroimagerie multimodale provenant de 727 participants âgés de 8 à 23 ans, une tractographie probabiliste de diffusion a été réalisée et évaluée la connectivité fonctionnelle entre chaque paire de régions corticales pendant la performance. n tâches en retour*associée à l’activité de la mémoire de travail.
problème de retour* - une technique permettant de stimuler l'activité de certaines zones du cerveau et de tester la mémoire de travail. Le sujet reçoit un certain nombre de stimuli (visuels, sonores, etc.). Il doit déterminer et indiquer si tel ou tel stimulus était présent il y a n positions. Par exemple : TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problème à 3 dos, où une certaine lettre est apparue en 3ème position plus tôt).
La connectivité fonctionnelle à l'état de repos reflète les fluctuations spontanées de l'activité neuronale. Mais lors d’une tâche de mémoire de travail, la connectivité fonctionnelle peut améliorer des connexions neuronales spécifiques ou des populations impliquées dans les fonctions exécutives.
Image n°1 : Mesurer la connectivité structurelle-fonctionnelle du cerveau humain.
Les nœuds des réseaux cérébraux structurels et fonctionnels ont été identifiés à l'aide d'une parcelle corticale de 400 zones basée sur l'homogénéité fonctionnelle des données IRM des participants à l'étude. Pour chaque participant à l'étude, les profils de connectivité régionaux ont été extraits de chaque ligne de la matrice de connectivité structurelle ou fonctionnelle et représentés comme vecteurs de force de connectivité d'un nœud du réseau neuronal à tous les autres nœuds.
Dans un premier temps, les scientifiques ont vérifié si la répartition spatiale des connexions structurelles et fonctionnelles coïncide avec les propriétés fondamentales de l'organisation corticale.
Image #2
Il convient de noter que la relation entre les profils de connectivité structurelle et fonctionnelle régionale variait considérablement à travers le cortex (2A). Des connexions plus fortes ont été observées dans les cortex préfrontal sensoriel primaire et médial. Mais dans les régions latérale, temporale et frontopariétale, la connexion était assez faible.
Pour une évaluation plus compréhensible de la relation entre la connectivité structurelle-fonctionnelle et la spécialisation fonctionnelle, le coefficient de « participation » a été calculé, qui est une représentation graphique de la détermination quantitative de la connectivité entre les zones fonctionnellement spécialisées du cerveau. Chacune des régions du cerveau a été attribuée à sept réseaux neuronaux fonctionnels classiques. Les nœuds neuronaux du cerveau avec un coefficient de participation élevé démontrent différentes connexions intermodulaires (connexions entre les régions du cerveau) et peuvent donc influencer les processus de transfert d'informations entre les régions, ainsi que leur dynamique. Mais les nœuds avec de faibles taux de participation présentent davantage de connexions locales au sein de la région cérébrale elle-même, plutôt qu'entre plusieurs régions. En termes simples, si le coefficient est élevé, différentes zones du cerveau interagissent activement les unes avec les autres ; s'il est faible, l'activité se produit au sein de la zone sans lien avec les zones voisines (2C).
Ensuite, la relation entre la variabilité de la connectivité structurelle-fonctionnelle et la hiérarchie fonctionnelle à l'échelle macro a été évaluée. La connectivité structurelle-fonctionnelle coïncide en grande partie avec le gradient sous-jacent de connectivité fonctionnelle : les zones sensorielles unimodales présentent une connectivité structurelle-fonctionnelle relativement forte, tandis que les zones transmodales situées au sommet de la hiérarchie fonctionnelle présentent une connectivité plus faible (2D).
Il a également été constaté qu'il existe une forte corrélation entre la relation structurelle-fonctionnelle et l'expansion évolutive de la surface du cortex (2E). Les zones sensorielles hautement conservées présentaient une connectivité structure-fonction relativement forte, tandis que les zones transmodales très étendues présentaient une connectivité plus faible. De telles observations soutiennent pleinement l'hypothèse selon laquelle la connectivité structure-fonction est le reflet de la hiérarchie corticale de la spécialisation fonctionnelle et de l'expansion évolutive.
Image #3
Les scientifiques rappellent une fois de plus que les recherches antérieures étaient largement axées sur l’étude de la connectivité structurelle-fonctionnelle dans le cerveau adulte. Dans le même ouvrage, l'accent a été mis sur l'étude du cerveau, qui est encore en cours de développement, c'est-à-dire sur l'étude du cerveau des adolescents.
Il a été constaté que dans le cerveau des adolescents, les différences liées à l'âge dans les connexions structurelles et fonctionnelles étaient largement réparties dans les cortex temporel latéral, pariétal inférieur et préfrontal (3А). Les améliorations de la connectivité étaient réparties de manière disproportionnée dans les régions corticales, par ex. étaient présents dans un sous-ensemble unique d’aires corticales fonctionnellement séparées (3V), ce qui n’a pas été observé dans le cerveau adulte.
L'ampleur des différences d'âge dans la connectivité structurelle-fonctionnelle était fortement corrélée au taux de participation fonctionnelle (3S) et gradient fonctionnel (3D).
La distribution spatiale des différences liées à l'âge dans les connexions structurelles et fonctionnelles était également cohérente avec l'expansion évolutive du cortex. Une augmentation de la connectivité liée à l'âge a été observée dans le cortex d'association étendu, tandis qu'une diminution de la connectivité liée à l'âge a été observée dans le cortex sensorimoteur hautement conservé.3E).
Dans la phase suivante de l'étude, 294 participants ont subi un deuxième examen du cerveau 1.7 ans après le premier. De cette manière, il a été possible de déterminer la relation entre les changements liés à l’âge dans la connectivité structurelle-fonctionnelle et les changements de développement intra-individuels. À cette fin, les changements longitudinaux dans la connectivité structurelle-fonctionnelle ont été évalués.
Image #4
Il existe une correspondance significative entre les changements transversaux et longitudinaux liés à l'âge dans la connectivité structurelle-fonctionnelle (4А).
Tester la relation entre les changements longitudinaux dans la connectivité structurelle et fonctionnelle (4B) et les changements longitudinaux du taux de participation fonctionnelle (4S) une régression linéaire a été utilisée. Les changements longitudinaux de connectivité correspondent aux changements longitudinaux du taux de participation fonctionnelle dans les zones d'association distribuées d'ordre élevé, y compris les cortex préfrontal dorsal et médial, le cortex pariétal inférieur et le cortex temporal latéral (4D).
Image #5
Les scientifiques ont ensuite cherché à comprendre les conséquences des différences individuelles en matière de connectivité structurelle-fonctionnelle sur le comportement. Plus précisément, la connectivité structurelle-fonctionnelle au cours d'une tâche de mémoire de travail peut expliquer la performance des dirigeants. Les améliorations du fonctionnement exécutif ont été associées à une connectivité structurelle-fonctionnelle plus forte dans le cortex préfrontal rostrolatéral, le cortex cingulaire postérieur et le cortex occipital médial (5A).
L’ensemble des observations décrites ci-dessus conduit à plusieurs conclusions principales. Premièrement, les changements régionaux dans la connectivité structurelle-fonctionnelle sont inversement proportionnels à la complexité de la fonction dont une région cérébrale particulière est responsable. Une connectivité structure-fonction plus forte a été trouvée dans les parties du cerveau spécialisées dans le traitement d’informations sensorielles simples (telles que les signaux visuels). Et les régions cérébrales impliquées dans des processus plus complexes (fonction exécutive et contrôle inhibiteur) présentaient une connectivité structurelle-fonctionnelle plus faible.
La connectivité structurelle-fonctionnelle s’est également avérée cohérente avec l’expansion évolutive du cerveau observée chez les primates. Des études comparatives antérieures sur les cerveaux des humains, des primates et des singes ont montré que les zones sensorielles (telles que le système visuel) sont hautement conservées parmi les espèces de primates et ne se sont pas beaucoup développées au cours de l'évolution récente. Mais les zones associatives du cerveau (par exemple le cortex préfrontal) ont connu une expansion significative. Peut-être que cette expansion a directement influencé l’émergence de capacités cognitives complexes chez l’homme. Il a été constaté que les zones du cerveau qui se développaient rapidement au cours de l’évolution présentaient une connectivité structurelle et fonctionnelle plus faible, tandis que les zones sensorielles simples présentaient une connectivité plus forte.
Chez les enfants et les adolescents, la connexion structurelle-fonctionnelle augmente assez activement dans les zones frontales du cerveau, qui sont responsables de la fonction d'inhibition (c'est-à-dire la maîtrise de soi). Ainsi, le développement à long terme de la connectivité structurelle-fonctionnelle dans ces domaines peut améliorer la fonction exécutive et la maîtrise de soi, un processus qui se poursuit jusqu'à l'âge adulte.
Pour un aperçu plus détaillé des nuances de l'étude, je vous recommande de jeter un œil à и pour lui.
Le final
Le cerveau humain a toujours été et sera longtemps l’un des plus grands mystères de l’humanité. Il s’agit d’un mécanisme incroyablement complexe qui doit remplir de nombreuses fonctions, contrôler de nombreux processus et stocker d’énormes quantités d’informations. Pour de nombreux parents, il n’y a rien de plus mystérieux que le cerveau de leurs adolescents. Leur comportement est parfois difficile à qualifier de logique ou constructif, mais cela s'explique par le processus de leur développement biologique et de leur formation sociale.
Bien sûr, les changements dans les connexions structurelles et fonctionnelles de certaines zones du cerveau et l'influence des changements hormonaux peuvent constituer une justification scientifique du comportement particulier des jeunes, mais cela ne signifie pas qu'il n'est pas nécessaire de les orienter. L’homme n’est pas par nature un être asocial. Si quelqu’un évite les autres, ce n’est certainement pas à cause de notre prédisposition biologique. La participation active des parents à la vie de leurs enfants est donc un aspect extrêmement important de leur développement.
Il convient également de comprendre que même à l'âge de trois ans, un enfant est déjà un individu avec son propre caractère, ses propres désirs et sa propre vision du monde qui l'entoure. Un parent ne doit pas devenir invisible pour son enfant, le laissant aller librement, mais il ne doit pas non plus se transformer en mur de béton armé, le protégeant de la connaissance du monde. Quelque part, vous devez pousser, quelque part vous devez vous retenir, quelque part vous devez donner une liberté totale, et quelque part, en faisant preuve de l'autorité parentale, vous devez dire un « non » ferme, même si l'enfant n'en est pas satisfait.
Être parent est difficile, être un bon parent l’est encore plus. Mais être adolescent n’est pas si facile. Le corps change extérieurement, le cerveau change, l'environnement change (il y avait l'école, et maintenant l'université), le rythme de la vie change. De nos jours, la vie ressemble souvent à la Formule 1, dans laquelle il n’y a pas de place pour la lenteur. Mais une vitesse élevée comporte de grands risques, donc un pilote inexpérimenté peut se blesser. La tâche d'un parent est de devenir un coach pour son enfant afin de le libérer sereinement dans le monde du futur, sans craindre pour son avenir.
Certains parents se considèrent plus intelligents que d'autres, certains sont prêts à mettre en œuvre tous les conseils qu'ils entendent sur Internet ou d'un voisin, et certains sont simplement « violets » face à toutes les subtilités de la parentalité. Les gens sont différents, mais tout comme la communication entre ses parties est importante dans le cerveau humain, la communication entre les parents et leurs enfants joue l’un des rôles les plus importants dans l’éducation.
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Source: habr.com