Az emberi agy az egyik legmisztikusabb és még mindig meg nem értett „jelenség”. E bonyolult szerv körül számos kérdés forog: miért álmodunk, hogyan befolyásolják az érzelmek a döntéshozatalt, mely idegsejtek felelnek a fény és hang érzékeléséért, miért ízlik egyeseknek a szardínia, míg mások az olívát kedvelik? Mindezek a kérdések az agyhoz kapcsolódnak, mivel az az emberi szervezet központi processzora. Évek óta a tudósok kiemelt figyelmet szenteltek azoknak az embereknek az agyának, akik valamilyen módon kiemelkedtek a tömegből (önképző gének és számító pszichopaták). De van egy olyan kategória is, amelynek szokatlan viselkedése összefügg a korukkal — a tizenévesek. Számos tizenévesnek van kiemelt ellentmondás-érzéke, kalandvágyó szelleme és megállíthatatlan vágya, hogy kalandot keressen. A Pennsylvaniai Egyetem tudósai részletesen megvizsgálták a tizenévesek rejtélyes agyát és a benne zajló folyamatokat. Az ő megállapításaikról értesülünk a jelentésükből. Induljunk!
A kutatás alapja
Bármely műszer a technikában és bármely szerv a szervezetben saját architektúrával rendelkezik, amely lehetővé teszi a hatékony működést. Az emberi agy kérgének szerkezete funkcionális hierarchia szerint van megszervezve, kezdve az unimodális szenzoros kérgtől* és végződve a transzmodális asszociatív kérggel*.
A szenzoros kéreg* – az agy kérgének azon része, amely felel az érzékszervektől (szemek, nyelv, orr, fül, bőr és vestibuláris apparátus) kapott információk összegyűjtéséért és feldolgozásáért.
Az asszociatív kéreg* – az agy parietális kérgének azon része, amely részt vesz a tervezett mozgások végrehajtásában. Amikor elhatározzuk, hogy végrehajtunk egy mozgást, az agynak tudnia kell, hogy a testünk és annak részei, amelyek el fognak mozdulni, hol helyezkednek el abban a pillanatban, valamint hogy a külső környezetben hol vannak azok az objektumok, amelyekkel kölcsönhatásba lépünk. Például, ha meg akarja fogni a csészét, az agya már tudja, hol van a keze és maga a csésze.
Az ilyen funkcionális hierarchiát a fehérállomány*anatómiai útvonalai határozzák meg , amelyek koordinálják a szinkronizált neuronális aktivitást és a.
kogníciót* — ha az szürke anyag neuronokból áll, akkor a fehér anyag mielin borította axonokból, amelyeken az impulzusok átadódnak a sejttesttől más sejtekhez és szervekhez.
Kogníció* (megismerés) — folyamatok összessége, amelyek új tudás megszerzésével kapcsolatosak a környező világról.
A primáták agykéregének evolúcióját és az emberi agy fejlődését célzott kiterjesztés és transzmodális asszociatív területek átalakítása jellemzi, amelyek az információ szenzoros reprezentációja és a cél elérésének elvont szabályai mögötti folyamatok alapját képezik.
Az agy fejlődési folyamata sok időt igényel, amely során számos olyan folyamat zajlik, amely javítja az agyat mint rendszert: mielinizáció*, szinaptikus ritkítás* stb.
Mielinizáció* — az oligodendrociták (az idegrendszer segítő sejtjei) bevonják az axon egy bizonyos részét, így egy oligodendrocit egyidejűleg több neuronhoz kapcsolódik. Minél aktívabb az axon, annál erősebb a mielinizáció, mivel ez növeli a hatékonyságát.
Szinaptikus ritkítás* — a szinapszisok/neuronok számának csökkentése a neuro-rendszer hatékonyságának növelése érdekében, azaz a felesleges kapcsolatok megszüntetése. Más szóval, ez a „nem mennyiség, hanem minőség” elvének megvalósítása.
Az agy fejlődése során funkcionális specializáció alakul ki a transzmodális asszociatív kéregben, ami közvetlen hatással van a magas szintű végrehajtó funkciók fejlődésére, mint például munkamemória*, kognitív rugalmasság* és gátló kontroll*.
Munkamemória* — a kognitív rendszer ideiglenes tárolására szolgáló memória. Ez a típusú memória aktiválódik a jelenlegi gondolkodási folyamatok során, és részt vesz a döntéshozatalban és a viselkedési reakciók kialakulásában.
Kognitív rugalmasság* — a képesség, hogy egyik gondolatról a másikra váltogassunk, és/vagy egyszerre több dolgot fontolhassunk meg.
Gátló kontroll* (gátló reakció) — egy végrehajtó funkció, amely felügyeli az ember képességét, hogy elnyomja impulzív (természetes, megszokott vagy domináns) viselkedési reakcióit az ingerekre, hogy egy adott helyzetre (külső inger) megfelelőbb választ tudjon adni.
A struktúrális-funkcionális kapcsolatok tanulmányozása már régen elkezdődött. A hálózati elmélet megjelenésével lehetőség nyílt a struktúrális-funkcionális kapcsolatok vizualizálására a neurobiológiai rendszerekben és a kategorizálásukra. A struktúrális-funkcionális kapcsolat lényege az, hogy milyen mértékben támogatja az agy egy adott területén lévő anatómiai kapcsolatok eloszlása a szinkronizált idegsejtaktivitást.
Megállapították, hogy erős kapcsolat áll fenn a struktúrált és a funkcionális összefüggések mutatói között különböző tér-idő skálákon. Más szavakkal, a modernebb kutatási módszerek lehetővé tették, hogy a különböző agyi területeket funkcionális jellemzőik szerint kategorizálják, figyelembe véve a terület korát és méretét.
Azonban, ahogyan a tudósok állítják, jelenleg szinte nincsenek adatok arról, hogy az emberi agy fejlődése során a fehérállomány architektúrájának változásai hogyan támogatják a neuronális aktivitás egységes hullámzását.
A struktúrális-funkcionális kapcsolat alapja a funkcionális kommunikációnak, és akkor jön létre, amikor a kéregben található régiók közötti fehérállomány-kapcsolat profilja megjósolja a régiók közötti funkcionális kapcsolat erejét. Ez azt jelenti, hogy a fehérállomány aktivitása megjelenik az agy végrehajtó funkcióinak aktiválásában, így értékelni lehet a struktúrális-funkcionális kapcsolatok erejének mértékét.
A struktúrális-funkcionális kapcsolat leírására a tudósok három hipotézist fogalmaztak meg, amelyeket a kutatás során teszteltek.
Az első hipotézis azt állítja, hogy a struktúrális-funkcionális kapcsolat tükrözni fogja a kéreg egyes területeinek funkcionális specializációját. Ez azt jelenti, hogy a struktúrális-funkcionális kapcsolat erős lesz a somatoszenzoros kérgében, a korai fejlődést meghatározó folyamatok révén, amelyek a specializált szenzoros hierarchiák kialakulásához kapcsolódnak. Ezzel szemben a struktúrális-funkcionális kapcsolat alacsony lesz a transzmodális asszociatív kérgében, ahol a funkcionális kommunikáció gyengülhet genetikai és anatómiai korlátok miatt a gyors evolúciós terjeszkedés következtében.
A második hipotézis a fejlődés során tartósan aktivitásfüggő mielinizáción alapul, és azt állítja, hogy a struktúrálisan-funkcionális kapcsolatok fejlődése a transzmodális asszociatív kéregben fog összpontosulni.
A harmadik hipotézis: a struktúrálisan-funkcionális kapcsolat a kortikális terület funkcionális specializációját tükrözi. Ezért feltételezhető, hogy a frontotemporális asszociatív kéregben erősebb struktúrálisan-funkcionális kapcsolat vesz részt a végrehajtó funkciók megvalósításához szükséges specializált számításokban.
A kutatás eredményei
A struktúrálisan-funkcionális kölcsönhatás fejlődésének jellemzése érdekében a kutatók mennyiségi értékelést végeztek arról, hogy a különböző agyi területek struktúrája milyen mértékben támogatja a neuronális aktivitás koordinált rezgéseit.
727, 8 és 23 év közötti résztvevő multimodális neuroimaging adatait felhasználva valószínűségi difúziós traktográfiát és funkcionális kapcsolatok értékelését végezték el a kortikális területek közötti kapcsolatokról a feladat végrehajtása alatt. n-vissza feladat*, amely a munkamemória aktivitásához kapcsolódik.
A n-vissza feladat* — egy olyan módszer, amely aktiválja az agy meghatározott területeit és teszteli a munkamemóriát. A résztvevő egy sor ingert kap (vizuális, akusztikus stb.). Meg kell határoznia és jeleznie, hogy egy adott inger n pozícióval korábban szerepelt-e. Például: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R (3-vissza feladat, ahol a megadott betű 3 pozícióval korábban jelent meg).
A nyugalmi funkcionális kapcsolatok a neuronális aktivitás spontán rezgéseit tükrözik. A munkamemória feladatának végrehajtása során a funkcionális kapcsolatok fokozhatják bizonyos idegi kapcsolatok vagy populációk aktivitását, amelyek részt vesznek a végrehajtó funkciókban.
1. ábra: az emberi agy struktúrálisan-funkcionális kapcsolatának mérése.
A struktúrák és a funkcionális hálózatok csomópontjait 400 zónás kortikális parcellációval (zónákra osztás) határozták meg, amely a kutatás résztvevőinek MRI adatai alapján funkcionális homogéniai alapult. Minden résztvevő esetében a regionális összeköttetési profilokat kiemelték a struktúrált vagy funkcionális összeköttetési mátrixok minden sorából, és a neuronháló egyik csomópontjától minden más csomópontig terjedő összeköttetés erősségének vektoraként mutatták be.
Először a tudósok ellenőrizték, hogy a struktúrált és funkcionális összeköttetések térbeli eloszlása összhangban áll-e a kortikális szervezet alapvető tulajdonságaival.
2. kép
Érdemes megjegyezni, hogy a struktúrált és funkcionális összeköttetés regionális profiljai közötti kapcsolat jelentősen változott az agykéreg különböző részei között (2A). Erősebb összeköttetést figyeltek meg az elsődleges szenzoros és a mediális prefrontális kéregben. Ezzel szemben a laterális, temporális és fronto-temporális területeken az összeköttetés viszonylag gyenge volt.
A struktúrált és funkcionális összeköttetés, valamint a funkcionális specializáció közötti kapcsolat érthetőbb értékelése érdekében kiszámították a „részvétel” együtthatóját, amely a funkcionálisan specializált agyi területek közötti összeköttetés mennyiségi meghatározásának grafikus reprezentációja. Minden agyi területet hét klasszikus funkcionális neuronális hálózat egyikéhez soroltak. A magas részvételi együtthatójú agyi csomópontok különböző intermoduláris összeköttetést mutatnak (kapcsolat az agy területei között), és ezáltal hatással lehetnek az információátviteli folyamatokra a területek között, valamint azok dinamikájára. Ezzel szemben az alacsony részvételi együtthatójú csomópontok inkább lokális kapcsolatokat mutatnak a területükön belül, nem pedig a szomszédos területek között. Egyszerűbben fogalmazva: ha az együttható magas, különböző agyi területek aktívan kölcsönhatásban állnak egymással, ha pedig alacsony, a tevékenység a területen belül történik a szomszédokkal való összeköttetés nélkül.2C).
Ezután értékelték a strukturális-funkcionális összeköttetések variabilitásának és a makroszkopikus funkcionális hierarchiának a kapcsolatát. A strukturális-funkcionális összeköttetés nagymértékben összhangban van a funkcionális összeköttetés fő gradiensével: az unimodális érzékszervi területek viszonylag erős strukturális-funkcionális összeköttetést mutatnak, míg a funkcionális hierarchia csúcsán elhelyezkedő transzmodális területek gyengébb összeköttetést mutatnak (2D).
Azt is megállapították, hogy erős korreláció van a strukturális-funkcionális összeköttetés és a kéreg felületének evolúciós kiterjedése között (2E). A magas konzerváltságú érzékszervi területek viszonylag erős strukturális-funkcionális összeköttetéssel rendelkeztek, míg a jelentősen kiterjedt transzmodális területek gyengébb összeköttetéssel bírtak. Ezek a megfigyelések teljes mértékben megerősítik azt a hipotézist, miszerint a strukturális-funkcionális összeköttetés a kéreg funkcionális specializációjának hierarchiáját és evolúciós kiterjedését tükrözi.
3. ábra
A kutatók ismét emlékeztetnek arra, hogy a korábban végzett kutatások nagyrészt a felnőtt emberi agy strukturális-funkcionális összeköttetéseinek vizsgálatára összpontosítottak. Ezen munkában a hangsúly az még fejlődés alatt álló agy tanulmányozására helyeződött, azaz a serdülő agyának vizsgálatára.
Megállapították, hogy a serdülők agyában az életkor szerinti eltérések a strukturális-funkcionális összeköttetésekben széles körben eloszlottak a laterális temporális, alsó parietális és prefrontális kéregben (3A). Az összeköttetések fokozódása aránytalanul oszlott el a kéreg területein, azaz egyedi funkcionálisan elkülönült kéregterületekben volt jelen (3B), ami nem figyelhető meg a felnőtt ember agyában.
A strukturális-funkcionális összeköttetések életkor szerinti eltéréseinek mértéke erősen korrelált a funkcionális részvétel együtthatójával (3C) és a funkcionális gradienssel (3D).
A koros különbségek térbeli eloszlása a strukturális-funkcionális kapcsolatokban egybeesett a kéreg evolúciós kiterjedésével. Az életkor előrehaladtával a kapcsolatok fokozódását figyelték meg a kiterjesztett asszociatív kéregben, míg a konzervatív szenzoros-motoros kéregben a kapcsolatok csökkenését tapasztalták.3E).
A kutatás következő szakaszában 294 résztvevő újra megvizsgálták az agyukat 1,7 évvel az első vizsgálat után. Így lehetővé vált a strukturális-funkcionális összefüggések életkori változásai és az egyéni fejlődésbeli változások közötti kapcsolat meghatározása. Ehhez a strukturális-funkcionális összefüggés longitudinális változásainak értékelését végezték el.
4. számú kép
Jelentős megfelelést találtak a keresztmetszeti és longitudinális életkori változások között a strukturális-funkcionális kapcsolatokban.4A).
A longitudinális változások és a strukturális-funkcionális kapcsolatok összefüggésének ellenőrzésére4B) és a funkcionális részvételi mutató longitudinális változásainak (4С) lineáris regressziót alkalmaztak. Megállapították, hogy a hosszú távú kapcsolatok változásai összhangban voltak a funkcionális részvételi mutató longitudinális változásaival a fejlett asszociatív területeken, beleértve a dorzális és mediális prefrontális kéreg, az alsó parietális kéreg és a laterális temporális kéreg területeit.4D).
5. számú kép
Ezután a kutatók azt próbálták megérteni, hogy az egyéni különbségek hogyan hatnak a strukturális-funkcionális kapcsolatokra és a viselkedésre. Különösen, hogy a strukturális-funkcionális összefüggés a munkamemória feladatának végrehajtása során magyarázza-e a végrehajtó teljesítményt. Megállapították, hogy a végrehajtó teljesítmény javulása összefügg az erősebb strukturális-funkcionális összefüggéssel a rostrolaterális prefrontális kéregben, a hátsó cinguláris gyrusban és a mediális okszipitális kéregben.5A).
A fenti megfigyelések összessége számos alapvető következtetésre vezet. Először is, a regionális változások a struktúra-funkciós összefüggésben fordított arányosak a funkció bonyolultságával, amelyért az agy egy adott területe felelős. Erősebb struktúra-funkciós kapcsolatot tapasztaltak azokban az agyi részekben, amelyek a egyszerű szenzoros információk (például vizuális jelek) feldolgozására specializálódtak. Ezzel szemben a bonyolultabb folyamatokban részt vevő agyi területekben (végrehajtó funkció és gátló kontroll) alacsonyabb volt a struktúra-funkciós összefüggés.
Azt is megállapították, hogy a struktúra-funkciós összefüggés összhangban van az agy evolúciós kibővülésével, amely a primáták esetében figyelhető meg. Korábban már végeztek összehasonlító vizsgálatokat az emberi és a primáták agyáról, amelyek kimutatták, hogy a szenzoros területek (például a látórendszer) nagyon konzervatívak a primáták között, és nem terjedtek ki jelentősen a közelmúlt evolúciója során. Ezzel szemben az asszociatív agyi területek (például a prefrontális kéreg) jelentős kibővülésnek voltak kitéve. Ez a kibővülés valószínűleg közvetlen hatással volt az emberek komplex kognitív képességeinek megjelenésére. Megállapították, hogy azok az agyi területek, amelyek gyorsan bővültek az evolúció során, gyengébb struktúra-funkciós összefüggéssel rendelkeztek, míg az egyszerű szenzoros területek erősebbek voltak.
Gyermekeknél és serdülőknél a struktúra-funkciós kapcsolat aktívan növekszik az agy frontális területein, amelyek felelősek a gátlás funkciójáért (azaz az önkontrollért). Így az ezekben a területekben a struktúra-funkciós összefüggés tartós fejlődése javíthatja a végrehajtó funkciót és az önkontrollt, amelynek fejlődési folyamata felnőttkorban is folytatódik.
A kutatás részleteinek alaposabb megismeréséhez ajánlom, hogy nézzen utána és hozzá.
Epilógus
Az emberi agy mindig is az emberiség egyik legnagyobb rejtélye volt és még sokáig az is marad. Ez egy hihetetlenül összetett mechanizmus, amelynek számos funkciót kell ellátnia, rengeteg folyamatot kell irányítania és hatalmas mennyiségű információt kell tárolnia. Sok szülő számára nincs rejtélyesebb dolog, mint a serdülő gyermekük agya. Viselkedésük néha nehezen nevezhető logikusnak vagy konstruktívnak, azonban ez a biológiai fejlődésük és szociális formálódásuk folyamatával magyarázható.
Természetesen a különféle agyi területek strukturális és funkcionális kapcsolataiban bekövetkező változások, valamint a hormonális átalakulások hatása tudományos magyarázatot adhat a fiatalok különös viselkedésére, de ez nem jelenti azt, hogy ne kellene őket irányítani. Az ember nem született rá az aszociális létezésre. Ha valaki elkerüli a másokat, az biztosan nem a biológiai hajlamunk miatt van. Ezért a szülők aktív részvételének a gyermekeik életében rendkívül fontos aspektusa a fejlődésüknek.
Azt is fontos megérteni, hogy még hároméves korban is a gyermek már egyéniség a maga karakterével, kívánságaival és a környező világra vonatkozó nézeteivel. A szülőnek nem szabad láthatatlanná válnia a gyermek számára, amikor szabadjára engedi őt, de nem is szabad acélbeton fallá válnia, amely elzárja őt a világ felfedezésétől. Valahol kell egy kis lökést adni, máshol vissza kell tartani, itt teljes szabadságot adni, ott pedig a szülői tekintély révén határozott „nem”-et mondani, még akkor is, ha a gyermek emiatt érzelmileg csalódott lesz.
Szülőnek lenni nehéz, és még nehezebb jó szülővé válni. De serdülőnek lenni sem olyan egyszerű. A test külsőleg változik, az agy változik, a környezet változik (volt iskola, most pedig egyetem), az életritmus is átalakul. Manapság az élet gyakran a Forma-1-hez hasonlít, ahol nincs helye a lassúságnak. De a nagyobb sebesség nagyobb kockázattal is jár, így a tapasztalatlan versenyző megsérülhet. A szülők feladata, hogy gyermekeik edzőjeként működjenek, hogy később nyugodtan elengedhessék őket a világba, anélkül, hogy aggódnának a jövőjük miatt.
Egyes szülők okosabbnak érzik magukat, mint mások, egyesek bármilyen tanácsot hajlandók megfogadni, amit az interneten vagy a szomszédtól hallanak, míg másokat teljesen hidegen hagynak a nevelés finomságai. Az emberek különbözőek, de ahogyan az emberi agyban fontos a különböző részek közötti kommunikáció, úgy a nevelésben is kiemelkedő szerepet játszik a szülők és gyermekeik közötti kommunikáció.
Köszönöm a figyelmet, maradjatok kíváncsiak, és kiváló hétvégét mindenkinek, srácok! 🙂
Egy kis reklám 🙂
Köszönjük, hogy velünk maradtál. Tetszenek a cikkeink? Szeretnél több érdekes anyagot látni? Támogass minket, és rendelés leadásával vagy ismerősöknek ajánlással segíts nekünk. , Egyedülálló alternatívája az entry-level szervereknek, amelyet Önnek találtunk ki: (elérhetők RAID1 és RAID10 opciók, akár 24 magig és 40GB DDR4-ig).
Dell R730xd kétszer olcsóbban a Tier IV Equinix adatközpontban Amszterdamban? Csak nálunk Hollandiában! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — 99 dollártól! Olvasd el ezt
Forrás: habr.com
