Jedan od najtajanstvenijih i neu potpunosti shvaćenih "fenomena" je ljudski mozak. Mnogo se pitanja vrti oko ovog složenog organa: zašto sanjamo, kako emocije utječu na donošenje odluka, koje su živčane stanice odgovorne za percepciju svjetla i zvuka, zašto neki ljudi vole papaline, a drugi obožavaju masline? Sva ova pitanja tiču se mozga, jer je on središnji procesor ljudskog tijela. Godinama su znanstvenici posebnu pozornost posvećivali mozgovima ljudi koji su se nekako izdvajali iz mase (od samoukih genija do proračunatih psihopata). Ali postoji kategorija ljudi čije je neobično ponašanje povezano s njihovom dobi - tinejdžeri. Mnogi tinejdžeri imaju pojačan osjećaj za kontradiktornost, avanturistički duh i neodoljivu želju da pronađu avanturu koja im donosi prednost. Znanstvenici sa Sveučilišta u Pennsylvaniji odlučili su pobliže proučiti misteriozne mozgove tinejdžera i procese koji se u njima odvijaju. Što su uspjeli doznati doznajemo iz njihova izvješća. Ići.
Osnova istraživanja
Svaki uređaj u tehnologiji i bilo koji organ u tijelu imaju vlastitu arhitekturu koja im omogućuje učinkovit rad. Ljudski cerebralni korteks organiziran je prema funkcionalnoj hijerarhiji, u rasponu od unimodalnog osjetilni korteks* i završava s transmodalnim asocijacijski korteks*.
Osjetni korteks* dio je moždane kore odgovoran za prikupljanje i obradu informacija primljenih od osjetila (oči, jezik, nos, uši, koža i vestibularni sustav).
Asocijativni korteks* dio je parijetalnog korteksa mozga uključen u provedbu planiranih pokreta. Kada se spremamo izvesti bilo kakav pokret, naš mozak mora znati gdje se u toj sekundi nalazi tijelo i njegovi dijelovi koji će se pomicati, kao i gdje se nalaze objekti vanjske okoline s kojima planiramo komunicirati. Na primjer, želite podići šalicu, a vaš mozak već zna gdje se nalazi ruka i sama šalica.
Ova funkcionalna hijerarhija određena je anatomijom putova bijela tvar*, koji koordiniraju sinkroniziranu neuralnu aktivnost i spoznaja*.
Bijela tvar* — ako se siva tvar sastoji od neurona, onda se bijela tvar sastoji od aksona prekrivenih mijelinom, duž kojih se prenose impulsi od tijela stanice do drugih stanica i organa.
Spoznaja* (kognicija) - skup procesa povezanih sa stjecanjem novih znanja o svijetu oko nas.
Evolucija cerebralnog korteksa u primata i razvoj ljudskog mozga karakterizirani su ciljno usmjerenim širenjem i pregradnjom transmodalnih asocijativnih područja, koja su temelj procesa senzorne reprezentacije informacija i apstraktnih pravila za postizanje ciljeva.
Proces razvoja mozga traje dosta vremena, tijekom kojeg se odvijaju mnogi procesi poboljšanja mozga kao sustava: mijelinizacija*, sinaptičko obrezivanje* itd.
mijelinizacija* - oligodendrociti (vrsta pomoćnih stanica živčanog sustava) obavijaju jedan ili drugi dio aksona, zbog čega jedan oligodendrocit komunicira s nekoliko neurona odjednom. Što je akson aktivniji, to je više mijeliniziran, jer to povećava njegovu učinkovitost.
Sinaptičko obrezivanje* — smanjenje broja sinapsi/neurona radi povećanja učinkovitosti neurosustava, tj. oslobađanje od nepotrebnih veza. Drugim riječima, ovo je provedba načela "ne kvantitetom, nego kvalitetom".
Tijekom razvoja mozga u transmodalnom asocijacijskom korteksu formira se funkcionalna specifikacija koja izravno utječe na razvoj izvršnih funkcija višeg reda, npr. radna memorija*, kognitivna fleksibilnost* и inhibitorna kontrola*.
Radna memorija* - kognitivni sustav za privremeno pohranjivanje informacija. Ova vrsta pamćenja aktivira se tijekom tekućih misaonih procesa i uključena je u donošenje odluka i formiranje odgovora ponašanja.
Kognitivna fleksibilnost* - sposobnost prebacivanja s jedne misli na drugu i/ili razmišljanja o nekoliko stvari u isto vrijeme.
Inhibicijska kontrola* (reakcija inhibicije) je izvršna funkcija koja nadzire sposobnost osobe da potisne svoje impulzivne (prirodne, uobičajene ili dominantne) reakcije ponašanja na podražaje kako bi se proveo prikladniji odgovor na određenu situaciju (vanjski podražaj).
Proučavanje strukturno-funkcionalnih veza mozga počelo je dosta davno. Pojavom teorije mreža postalo je moguće vizualizirati strukturno-funkcionalne veze u neurobiološkim sustavima i podijeliti ih u kategorije. U svojoj srži, povezanost strukture i funkcije je stupanj do kojeg distribucija anatomskih veza unutar moždane regije podržava sinkroniziranu neuralnu aktivnost.
Pronađen je jak odnos između mjera strukturne i funkcionalne povezanosti na različitim prostorno-vremenskim razinama. Drugim riječima, suvremenije metode istraživanja omogućile su kategorizaciju određenih područja mozga prema njihovim funkcionalnim karakteristikama povezanim sa starošću područja i njegovom veličinom.
Međutim, znanstvenici kažu da trenutno postoji malo dokaza o tome kako promjene u arhitekturi bijele tvari tijekom razvoja ljudskog mozga podupiru koordinirane fluktuacije neuralne aktivnosti.
Strukturno-funkcionalna povezanost temelj je funkcionalne komunikacije i javlja se kada međuregionalni profil povezanosti bijele tvari kortikalne regije predviđa snagu međuregionalne funkcionalne povezanosti. Odnosno, aktivnost bijele tvari odrazit će se na aktivaciju izvršnih funkcija mozga, čime će se moći procijeniti stupanj čvrstoće strukturno-funkcionalne veze.
Kako bi opisali strukturno-funkcionalni odnos, znanstvenici su iznijeli tri hipoteze koje su testirane tijekom istraživanja.
Prva hipoteza kaže da će povezanost strukture i funkcije odražavati funkcionalnu specijalizaciju kortikalne regije. To jest, povezanost strukture i funkcije bit će jaka u somatosenzornom korteksu, zbog procesa koji određuju rani razvoj specijaliziranih senzornih hijerarhija. Nasuprot tome, povezanost strukture i funkcije bit će niska u transmodalnom asocijacijskom korteksu, gdje funkcionalna komunikacija može biti oslabljena genetskim i anatomskim ograničenjima zbog brzog evolucijskog širenja.
Druga hipoteza temelji se na dugotrajnoj mijelinizaciji koja ovisi o aktivnosti tijekom razvoja i kaže da će razvoj strukturno-funkcionalnih veza biti koncentriran u transmodalnom asocijacijskom korteksu.
Treća hipoteza: strukturno-funkcionalna povezanost odražava funkcionalnu specijalizaciju kortikalne regije. Stoga se može pretpostaviti da će jača strukturno-funkcionalna veza u frontoparijetalnom asocijacijskom korteksu biti uključena u specijalizirane proračune potrebne za provedbu izvršnih funkcija.
Rezultati istraživanja
Kako bi okarakterizirali razvoj povezivanja strukture i funkcije kod adolescenata, znanstvenici su kvantificirali opseg do kojeg strukturalne veze u različitim regijama mozga podržavaju koordinirane fluktuacije u neuralnim aktivnostima.
Korištenjem multimodalnih neuroimaging podataka od 727 sudionika u dobi od 8 do 23 godine, provedena je probabilistička difuzijska traktografija i procijenjena funkcionalna povezanost između svakog para kortikalnih regija tijekom izvedbe. n-back zadataka*povezan s aktivnošću radne memorije.
Problem n-back* - tehnika za poticanje aktivnosti pojedinih dijelova mozga i testiranje radnog pamćenja. Subjektu se daje niz podražaja (vizualnih, zvučnih itd.). On mora odrediti i pokazati je li ovaj ili onaj podražaj bio prisutan prije n pozicija. Na primjer: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problem s 3 leđa, gdje se određeno slovo ranije pojavilo na 3. mjestu).
Funkcionalna povezanost u stanju mirovanja odražava spontane fluktuacije neuralne aktivnosti. Ali tijekom zadatka radnog pamćenja, funkcionalna povezanost može poboljšati specifične neuronske veze ili populacije uključene u izvršne funkcije.
Slika #1: Mjerenje strukturno-funkcionalne povezanosti ljudskog mozga.
Čvorovi u strukturnim i funkcionalnim moždanim mrežama identificirani su korištenjem kortikalne parcelacije od 400 područja na temelju funkcionalne homogenosti u MRI podacima sudionika studije. Za svakog sudionika studije, regionalni profili povezanosti izdvojeni su iz svakog retka strukturne ili funkcionalne matrice povezanosti i predstavljeni kao vektori snage povezanosti od jednog čvora neuronske mreže do svih ostalih čvorova.
Znanstvenici su za početak provjerili poklapa li se prostorna raspodjela strukturno-funkcionalnih veza s temeljnim svojstvima kortikalne organizacije.
Slika #2
Vrijedno je napomenuti da je odnos između profila regionalne strukturne i funkcionalne povezanosti uvelike varirao u korteksu (2A). Jače veze uočene su u primarnom senzornom i medijalnom prefrontalnom korteksu. Ali u bočnoj, temporalnoj i frontoparijetalnoj regiji veza je bila prilično slaba.
Za razumljiviju procjenu odnosa između strukturno-funkcionalne povezanosti i funkcionalne specijalizacije izračunat je koeficijent “participacije” koji je grafički prikaz kvantitativne determinacije povezanosti između funkcionalno specijaliziranih područja mozga. Svakoj regiji mozga dodijeljeno je sedam klasičnih funkcionalnih neuronskih mreža. Neuronski čvorovi mozga s visokim koeficijentom sudjelovanja pokazuju različite intermodularne veze (veze između regija mozga) i stoga mogu utjecati na procese prijenosa informacija između regija, kao i njihovu dinamiku. No čvorovi s niskim stopama sudjelovanja pokazuju više lokalnih veza unutar same regije mozga, umjesto između nekoliko regija. Jednostavno rečeno, ako je koeficijent visok, različita područja mozga aktivno međusobno djeluju, ako je nizak, aktivnost se odvija unutar područja bez veze sa susjednim (2C).
Zatim je procijenjen odnos između varijabilnosti strukturno-funkcionalne povezanosti i funkcionalne hijerarhije na makrorazini. Strukturno-funkcionalna povezanost uvelike se podudara s temeljnim gradijentom funkcionalne povezanosti: unimodalna osjetilna područja pokazuju relativno jaku strukturno-funkcionalnu povezanost, dok transmodalna područja na vrhu funkcionalne hijerarhije pokazuju slabiju povezanost (2D).
Također je utvrđeno da postoji jaka korelacija između strukturno-funkcionalnog odnosa i evolucijskog širenja površine korteksa (2E). Visoko očuvana osjetilna područja imala su relativno jaku strukturno-funkcionalnu povezanost, dok su visoko proširena transmodalna područja imala slabiju povezanost. Takva opažanja u potpunosti podržavaju hipotezu da je povezanost strukture i funkcije odraz kortikalne hijerarhije funkcionalne specijalizacije i evolucijske ekspanzije.
Slika #3
Znanstvenici još jednom podsjećaju da su dosadašnja istraživanja uvelike bila usmjerena na proučavanje strukturno-funkcionalne povezanosti u mozgu odrasle osobe. U istom djelu naglasak je stavljen na proučavanje mozga koji je još uvijek u procesu razvoja, tj. na proučavanju mozga adolescenta.
Utvrđeno je da su u mozgu adolescenta razlike vezane uz dob u strukturno-funkcionalnim vezama bile široko raspoređene u lateralnom temporalnom, inferiornom parijetalnom i prefrontalnom korteksu (3А). Poboljšanja povezivanja bila su neproporcionalno raspoređena po kortikalnim regijama, npr. bili prisutni u jedinstvenom podskupu funkcionalno odvojenih kortikalnih područja (3V), što nije uočeno u mozgu odrasle osobe.
Veličina dobnih razlika u strukturno-funkcionalnoj povezanosti bila je u visokoj korelaciji sa stopom funkcionalnog sudjelovanja (3S) i funkcionalni gradijent (3D).
Prostorna raspodjela dobnih razlika u strukturno-funkcionalnim vezama također je bila u skladu s evolucijskim širenjem korteksa. Povećanje povezanosti povezano sa starošću primijećeno je u proširenom asocijacijskom korteksu, dok je smanjenje povezanosti povezano sa starošću primijećeno u visoko očuvanom senzomotornom korteksu (3E).
U sljedećoj fazi istraživanja 294 sudionika podvrgnuto je drugom pregledu mozga 1.7 godina nakon prvog. Na taj je način moguće utvrditi odnos između dobnih promjena u strukturno-funkcionalnoj povezanosti i intraindividualnih razvojnih promjena. U tu svrhu procijenjene su longitudinalne promjene strukturno-funkcionalne povezanosti.
Slika #4
Postoji značajna podudarnost između presječnih i longitudinalnih promjena vezanih uz dob u strukturno-funkcionalnoj povezanosti (4А).
Za testiranje odnosa između longitudinalnih promjena u strukturnoj i funkcionalnoj povezanosti (4B) i longitudinalne promjene u stopi funkcionalnog sudjelovanja (4S) korištena je linearna regresija. Utvrđeno je da longitudinalne promjene u povezanosti odgovaraju longitudinalnim promjenama u omjeru funkcionalnog sudjelovanja u raspodijeljenim asocijacijskim područjima visokog reda, uključujući dorzalni i medijalni prefrontalni korteks, donji parijetalni korteks i lateralni temporalni korteks (4D).
Slika #5
Znanstvenici su tada nastojali razumjeti posljedice individualnih razlika u strukturno-funkcionalnoj povezanosti na ponašanje. Točnije, može li strukturno-funkcionalna povezanost tijekom zadatka radne memorije objasniti izvršnu izvedbu. Utvrđeno je da su poboljšanja u izvršnom funkcioniranju povezana s jačom strukturno-funkcionalnom povezanošću u rostrolateralnom prefrontalnom korteksu, posteriornom cingulatnom korteksu i medijalnom okcipitalnom korteksu (5A).
Sveukupnost gore opisanih zapažanja vodi do nekoliko glavnih zaključaka. Prvo, regionalne promjene u strukturno-funkcionalnoj povezanosti obrnuto su proporcionalne složenosti funkcije za koju je određena regija mozga odgovorna. Jača povezanost strukture i funkcije pronađena je u dijelovima mozga koji su specijalizirani za obradu jednostavnih senzornih informacija (kao što su vizualni signali). A regije mozga uključene u složenije procese (izvršna funkcija i inhibicijska kontrola) imale su nižu strukturno-funkcionalnu povezanost.
Također je utvrđeno da je strukturno-funkcionalna povezanost u skladu s evolucijskim širenjem mozga opaženim kod primata. Prethodne komparativne studije mozga ljudi, primata i majmuna pokazale su da su osjetilna područja (kao što je vizualni sustav) visoko očuvana među vrstama primata i da se nisu mnogo proširila tijekom nedavne evolucije. Ali asocijacijska područja mozga (na primjer, prefrontalni korteks) prošla su kroz značajno proširenje. Možda je to širenje izravno utjecalo na pojavu složenih kognitivnih sposobnosti kod ljudi. Utvrđeno je da su područja mozga koja su se brzo širila tijekom evolucije imala slabiju strukturnu i funkcionalnu povezanost, dok su jednostavna osjetilna područja imala jaču povezanost.
U djece i adolescenata, strukturno-funkcionalna veza se prilično aktivno povećava u frontalnim područjima mozga, koja su odgovorna za funkciju inhibicije (tj. Samokontrolu). Dakle, dugoročni razvoj strukturno-funkcionalne povezanosti u tim područjima može poboljšati izvršnu funkciju i samokontrolu, proces koji se nastavlja u odrasloj dobi.
Za detaljniji pregled nijansi studije, preporučujem da pogledate и njemu.
Epilog
Ljudski mozak je oduvijek bio i dugo će biti jedna od najvećih misterija čovječanstva. Ovo je nevjerojatno složen mehanizam koji mora obavljati mnoge funkcije, kontrolirati mnoge procese i pohranjivati ogromne količine informacija. Za mnoge roditelje ne postoji ništa misterioznije od mozga njihove djece tinejdžerske dobi. Njihovo ponašanje ponekad je teško nazvati logičnim ili konstruktivnim, ali to se objašnjava procesom njihovog biološkog razvoja i društvenog formiranja.
Naravno, promjene u strukturnim i funkcionalnim vezama pojedinih područja mozga i utjecaj hormonalnih promjena mogu biti znanstveno opravdanje za osebujna ponašanja mladih, ali to ne znači da ih ne treba usmjeravati. Čovjek po prirodi nije asocijalno biće. Ako netko izbjegava druge ljude, to sigurno nije zbog naše biološke predispozicije. Stoga je aktivno sudjelovanje roditelja u životima svoje djece iznimno važan aspekt njihova razvoja.
Također je vrijedno razumjeti da je čak iu dobi od tri godine dijete već individua sa svojim karakterom, svojim željama i vlastitim pogledom na svijet oko sebe. Roditelj ne bi trebao postati nevidljiv za svoje dijete, puštajući ga da slobodno ide, ali se ne bi trebao pretvoriti u armirani betonski zid, štiteći ga od spoznaje svijeta. Negdje treba gurati, negdje se suzdržavati, negdje dati potpunu slobodu, a negdje, pokazujući roditeljski autoritet, reći čvrsto „ne“, čak i ako dijete nije zadovoljno time.
Teško je biti roditelj, još je teže biti dobar roditelj. Ali biti tinejdžer nije tako lako. Tijelo se mijenja izvana, mijenja se mozak, mijenja se okolina (bila je škola, a sada fakultet), mijenja se ritam života. U današnje vrijeme život često nalikuje Formuli 1 u kojoj nema mjesta sporosti. Ali velika brzina dolazi s velikim rizikom, pa se neiskusni vozač može ozlijediti. Zadatak roditelja je postati trener svom djetetu kako bi ga u budućnosti mirno pustio u svijet, bez straha za njegovu budućnost.
Neki se roditelji smatraju pametnijima od drugih, neki su spremni primijeniti svaki savjet koji čuju na internetu ili od susjeda, a neki su jednostavno “ljubičasti” na sve zamršenosti roditeljstva. Ljudi su različiti, ali kao što je u ljudskom mozgu važna komunikacija između njegovih dijelova, komunikacija između roditelja i njihove djece ima jednu od najvažnijih uloga u obrazovanju.
Hvala na gledanju, ostanite znatiželjni i ugodan vikend svima! 🙂
Neki oglasi 🙂
Hvala što ste ostali s nama. Sviđaju li vam se naši članci? Želite li vidjeti više zanimljivog sadržaja? Podržite nas narudžbom ili preporukom prijateljima, , jedinstveni analog poslužitelja početne razine, koji smo izmislili za vas: (dostupno s RAID1 i RAID10, do 24 jezgre i do 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 puta jeftiniji u Equinix Tier IV podatkovnom centru u Amsterdamu? Samo ovdje u Nizozemskoj! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gbps 100 TB - od 99 USD! Pročitaj o
Izvor: www.habr.com