Salah satu “fenomena” yang paling misterius dan belum sepenuhnya dipahami adalah otak manusia. Banyak pertanyaan seputar organ kompleks ini: mengapa kita bermimpi, bagaimana emosi memengaruhi pengambilan keputusan, sel saraf mana yang bertanggung jawab atas persepsi cahaya dan suara, mengapa sebagian orang menyukai sprat sementara yang lain menyukai buah zaitun? Semua pertanyaan ini menyangkut otak, karena otak adalah prosesor pusat tubuh manusia. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah memberikan perhatian khusus pada otak orang-orang yang menonjol dari yang lain (mulai dari orang jenius yang belajar sendiri hingga psikopat yang penuh perhitungan). Namun ada kategori orang yang perilakunya tidak biasa dikaitkan dengan usianya - remaja. Banyak remaja mempunyai rasa kontradiksi yang tinggi, semangat petualangan dan keinginan yang tak tertahankan untuk menemukan petualangan demi keuntungan mereka. Para ilmuwan dari Universitas Pennsylvania memutuskan untuk melihat lebih dekat otak misterius remaja dan proses yang terjadi di dalamnya. Kami belajar tentang apa yang berhasil mereka temukan dari laporan mereka. Pergi.
Dasar penelitian
Perangkat apa pun dalam teknologi dan organ apa pun di tubuh memiliki arsitekturnya sendiri yang memungkinkannya bekerja secara efisien. Korteks serebral manusia diatur menurut hierarki fungsional, mulai dari unimodal korteks sensorik* dan diakhiri dengan transmodal korteks asosiasi*.
Korteks sensorik* adalah bagian korteks serebral yang bertanggung jawab mengumpulkan dan memproses informasi yang diterima dari indera (mata, lidah, hidung, telinga, kulit, dan sistem vestibular).
Korteks asosiasi* adalah bagian korteks parietal otak yang terlibat dalam pelaksanaan gerakan terencana. Ketika kita hendak melakukan suatu gerakan, otak kita harus mengetahui di mana letak tubuh dan bagian-bagiannya yang akan bergerak pada detik itu, serta di mana letak objek-objek lingkungan luar yang akan kita gunakan untuk berinteraksi. Misalnya, Anda ingin mengambil sebuah cangkir, dan otak Anda sudah mengetahui di mana letak tangan dan cangkir itu sendiri.
Hierarki fungsional ini ditentukan oleh anatomi jalurnya materi putih*, yang mengoordinasikan aktivitas saraf yang disinkronkan dan pengartian*.
Materi putih* — jika materi abu-abu terdiri dari neuron, maka materi putih terdiri dari akson yang dilapisi mielin, di mana impuls ditransmisikan dari badan sel ke sel dan organ lain.
Pengartian* (kognisi) - serangkaian proses yang terkait dengan perolehan pengetahuan baru tentang dunia sekitar.
Evolusi korteks serebral pada primata dan perkembangan otak manusia dicirikan oleh perluasan dan pemodelan ulang area asosiatif transmodal yang terarah pada tujuan, yang merupakan dasar dari proses representasi sensorik informasi dan aturan abstrak untuk mencapai tujuan.
Proses perkembangan otak membutuhkan waktu yang lama, di mana banyak proses peningkatan otak sebagai suatu sistem terjadi: mielinisasi*, pemangkasan sinaptik* dan lain-lain
Mielinasi* - oligodendrosit (sejenis sel tambahan sistem saraf) menyelimuti satu atau beberapa bagian akson, akibatnya satu oligodendrosit berkomunikasi dengan beberapa neuron sekaligus. Semakin aktif akson, semakin banyak mielinnya, sehingga meningkatkan efisiensinya.
Pemangkasan sinaptik* — mengurangi jumlah sinapsis/neuron untuk meningkatkan efisiensi sistem saraf, mis. menyingkirkan koneksi yang tidak perlu. Dengan kata lain, ini adalah penerapan prinsip “bukan kuantitas, tapi kualitas”.
Selama perkembangan otak, spesifikasi fungsional terbentuk di korteks asosiasi transmodal, yang secara langsung mempengaruhi perkembangan fungsi eksekutif tingkat tinggi, seperti memori kerja*, fleksibilitas kognitif* и kontrol penghambatan*.
Memori kerja* - sistem kognitif untuk penyimpanan informasi sementara. Jenis memori ini diaktifkan selama proses berpikir yang sedang berlangsung dan terlibat dalam pengambilan keputusan dan pembentukan respons perilaku.
Fleksibilitas kognitif* - kemampuan untuk beralih dari satu pemikiran ke pemikiran lain dan/atau memikirkan beberapa hal sekaligus.
Kontrol penghambatan* (respon penghambatan) adalah fungsi eksekutif yang mengawasi kemampuan seseorang untuk menekan reaksi perilaku impulsif (alami, kebiasaan atau dominan) terhadap rangsangan untuk menerapkan respons yang lebih tepat terhadap situasi tertentu (stimulus eksternal).
Studi tentang hubungan struktural-fungsional otak dimulai sejak lama. Dengan munculnya teori jaringan, menjadi mungkin untuk memvisualisasikan hubungan struktural-fungsional dalam sistem neurobiologis dan membaginya ke dalam beberapa kategori. Pada intinya, konektivitas struktur-fungsi adalah sejauh mana distribusi koneksi anatomi dalam suatu wilayah otak mendukung aktivitas saraf yang tersinkronisasi.
Sebuah hubungan yang kuat ditemukan antara ukuran konektivitas struktural dan fungsional pada skala spatiotemporal yang berbeda. Dengan kata lain, metode penelitian yang lebih modern telah memungkinkan untuk mengkategorikan area tertentu di otak menurut karakteristik fungsionalnya yang berkaitan dengan usia area tersebut dan ukurannya.
Namun, para ilmuwan mengatakan saat ini hanya ada sedikit bukti tentang bagaimana perubahan arsitektur materi putih selama perkembangan otak manusia mendukung fluktuasi terkoordinasi dalam aktivitas saraf.
Konektivitas struktural-fungsional adalah dasar untuk komunikasi fungsional dan terjadi ketika profil konektivitas materi putih antarwilayah di wilayah kortikal memprediksi kekuatan konektivitas fungsional antarwilayah. Artinya, aktivitas materi putih akan tercermin dalam aktivasi fungsi eksekutif otak, sehingga memungkinkan untuk menilai tingkat kekuatan hubungan struktural-fungsional.
Untuk menggambarkan hubungan struktural-fungsional, para ilmuwan mengajukan tiga hipotesis yang diuji selama penelitian.
Hipotesis pertama menyatakan bahwa konektivitas struktur-fungsi akan mencerminkan spesialisasi fungsional wilayah kortikal. Artinya, konektivitas struktur-fungsi akan kuat di korteks somatosensori, karena proses yang menentukan perkembangan awal hierarki sensorik khusus. Sebaliknya, konektivitas struktur-fungsi akan rendah di korteks asosiasi transmodal, di mana komunikasi fungsional mungkin dilemahkan oleh kendala genetik dan anatomi karena ekspansi evolusioner yang cepat.
Hipotesis kedua didasarkan pada mielinisasi yang bergantung pada aktivitas jangka panjang selama perkembangan dan menyatakan bahwa perkembangan koneksi struktur-fungsi akan terkonsentrasi di korteks asosiasi transmodal.
Hipotesis ketiga: hubungan struktural-fungsional mencerminkan spesialisasi fungsional wilayah kortikal. Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa hubungan struktural-fungsional yang lebih kuat di korteks asosiasi frontoparietal akan terlibat dalam perhitungan khusus yang diperlukan untuk pelaksanaan fungsi eksekutif.
Hasil penelitian
Untuk mengkarakterisasi perkembangan konektivitas struktur-fungsi pada remaja, para ilmuwan mengukur sejauh mana koneksi struktural di berbagai wilayah otak mendukung fluktuasi terkoordinasi dalam aktivitas saraf.
Dengan menggunakan data neuroimaging multimodal dari 727 peserta berusia 8 hingga 23 tahun, traktografi difusi probabilistik dilakukan dan menilai konektivitas fungsional antara masing-masing pasangan daerah kortikal selama pertunjukan. n-tugas kembali*berhubungan dengan aktivitas memori kerja.
Masalah n-kembali* - teknik untuk merangsang aktivitas area otak tertentu dan menguji memori kerja. Subjek diberikan sejumlah rangsangan (visual, audio, dll). Dia harus menentukan dan menunjukkan apakah stimulus ini atau itu ada pada posisi yang lalu. Misal: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (masalah 3 punggung, dimana huruf tertentu muncul di posisi ke 3 tadi).
Konektivitas fungsional keadaan istirahat mencerminkan fluktuasi spontan dalam aktivitas saraf. Namun selama tugas memori kerja, konektivitas fungsional dapat meningkatkan koneksi saraf tertentu atau populasi yang terlibat dalam fungsi eksekutif.
Gambar #1: Mengukur konektivitas struktural-fungsional otak manusia.
Node dalam jaringan otak struktural dan fungsional diidentifikasi menggunakan pembagian kortikal 400 area berdasarkan homogenitas fungsional dalam data MRI peserta penelitian. Untuk setiap peserta penelitian, profil konektivitas regional diekstraksi dari setiap baris matriks konektivitas struktural atau fungsional dan direpresentasikan sebagai vektor kekuatan konektivitas dari satu node jaringan saraf ke semua node lainnya.
Pertama-tama, para ilmuwan memeriksa apakah distribusi spasial dari koneksi struktural-fungsional bertepatan dengan sifat dasar organisasi kortikal.
Gambar #2
Perlu dicatat bahwa hubungan antara profil konektivitas struktural dan fungsional regional sangat bervariasi di seluruh korteks (2A). Koneksi yang lebih kuat diamati pada korteks prefrontal sensorik primer dan medial. Namun di daerah lateral, temporal dan frontoparietal hubungannya cukup lemah.
Untuk penilaian yang lebih jelas tentang hubungan antara konektivitas struktural-fungsional dan spesialisasi fungsional, koefisien "partisipasi" dihitung, yang merupakan representasi grafis dari penentuan kuantitatif konektivitas antara area otak yang terspesialisasi secara fungsional. Masing-masing wilayah otak ditugaskan ke tujuh jaringan saraf fungsional klasik. Nodus neuron otak dengan koefisien partisipasi yang tinggi menunjukkan hubungan intermodular yang berbeda (hubungan antar wilayah otak) sehingga dapat mempengaruhi proses transfer informasi antar wilayah, serta dinamikanya. Namun node dengan tingkat partisipasi yang rendah menunjukkan lebih banyak koneksi lokal di dalam wilayah otak itu sendiri, dibandingkan antar beberapa wilayah. Sederhananya, jika koefisiennya tinggi, area otak yang berbeda secara aktif berinteraksi satu sama lain; jika koefisiennya rendah, aktivitas terjadi di dalam area tersebut tanpa ada hubungannya dengan area di sekitarnya (2C).
Selanjutnya, hubungan antara variabilitas konektivitas struktural-fungsional dan hierarki fungsional skala makro dinilai. Konektivitas struktural-fungsional sebagian besar bertepatan dengan gradien yang mendasari konektivitas fungsional: area sensorik unimodal menunjukkan konektivitas struktural-fungsional yang relatif kuat, sedangkan area transmodal di puncak hierarki fungsional menunjukkan konektivitas yang lebih lemah (2D).
Ditemukan juga bahwa terdapat korelasi kuat antara hubungan struktural-fungsional dan perluasan evolusioner luas permukaan korteks (2Е). Kawasan sensorik yang sangat dilestarikan memiliki konektivitas struktur-fungsi yang relatif kuat, sedangkan kawasan transmodal yang sangat luas memiliki konektivitas yang lebih lemah. Pengamatan tersebut sepenuhnya mendukung hipotesis bahwa konektivitas struktur-fungsi merupakan cerminan dari hierarki kortikal spesialisasi fungsional dan ekspansi evolusioner.
Gambar #3
Para ilmuwan sekali lagi mengingatkan bahwa penelitian sebelumnya sebagian besar berfokus pada mempelajari konektivitas struktural-fungsional pada otak orang dewasa. Dalam karya yang sama, penekanannya diberikan pada studi tentang otak, yang masih dalam proses perkembangan, yaitu. dalam mempelajari otak remaja.
Ditemukan bahwa di otak remaja, perbedaan terkait usia dalam koneksi struktural-fungsional tersebar luas di korteks temporal lateral, parietal inferior, dan prefrontal (3А). Peningkatan konektivitas didistribusikan secara tidak proporsional di seluruh wilayah kortikal, misalnya. hadir dalam subset unik dari area kortikal yang terpisah secara fungsional (3V), yang tidak diamati pada otak orang dewasa.
Besarnya perbedaan usia dalam konektivitas struktural-fungsional sangat berkorelasi dengan tingkat partisipasi fungsional (3S) dan gradien fungsional (3D).
Distribusi spasial perbedaan terkait usia dalam hubungan struktural-fungsional juga konsisten dengan perluasan evolusioner korteks. Peningkatan konektivitas terkait usia diamati pada korteks asosiasi yang diperluas, sementara penurunan konektivitas terkait usia diamati pada korteks sensorimotor yang sangat terpelihara (3Е).
Pada penelitian tahap berikutnya, 294 peserta menjalani pemeriksaan otak kedua 1.7 tahun setelah pemeriksaan pertama. Dengan cara ini, hubungan antara perubahan terkait usia dalam konektivitas struktural-fungsional dan perubahan perkembangan intra-individu dapat ditentukan. Untuk tujuan ini, perubahan longitudinal dalam konektivitas struktural-fungsional dikaji.
Gambar #4
Ada korespondensi yang signifikan antara perubahan terkait usia cross-sectional dan longitudinal dalam konektivitas struktural-fungsional (4А).
Untuk menguji hubungan antara perubahan longitudinal dalam konektivitas struktural dan fungsional (4B) dan perubahan longitudinal dalam tingkat partisipasi fungsional (4S) regresi linier digunakan. Perubahan longitudinal dalam konektivitas ditemukan berhubungan dengan perubahan longitudinal dalam rasio partisipasi fungsional di area asosiasi tingkat tinggi yang terdistribusi, termasuk korteks prefrontal dorsal dan medial, korteks parietal inferior, dan korteks temporal lateral (4D).
Gambar #5
Para ilmuwan kemudian berusaha memahami konsekuensi perbedaan individu dalam konektivitas struktural-fungsional terhadap perilaku. Secara khusus, apakah konektivitas struktural-fungsional selama tugas memori kerja dapat menjelaskan kinerja eksekutif. Peningkatan fungsi eksekutif ditemukan terkait dengan konektivitas struktural-fungsional yang lebih kuat di korteks prefrontal rostrolateral, korteks cingulate posterior, dan korteks oksipital medial (5A).
Keseluruhan pengamatan yang diuraikan di atas menghasilkan beberapa kesimpulan utama. Pertama, perubahan regional dalam konektivitas struktural-fungsional berbanding terbalik dengan kompleksitas fungsi yang menjadi tanggung jawab wilayah otak tertentu. Konektivitas struktur-fungsi yang lebih kuat ditemukan di bagian otak yang khusus memproses informasi sensorik sederhana (seperti sinyal visual). Dan wilayah otak yang terlibat dalam proses yang lebih kompleks (fungsi eksekutif dan kontrol penghambatan) memiliki konektivitas struktural-fungsional yang lebih rendah.
Konektivitas struktural-fungsional juga ditemukan konsisten dengan perluasan evolusioner otak yang diamati pada primata. Studi perbandingan sebelumnya terhadap otak manusia, primata, dan monyet menunjukkan bahwa area sensorik (seperti sistem visual) sangat terpelihara di antara spesies primata dan belum berkembang banyak selama evolusi terkini. Namun area asosiasi di otak (misalnya, korteks prefrontal) telah mengalami perluasan yang signifikan. Mungkin perluasan ini secara langsung mempengaruhi munculnya kemampuan kognitif yang kompleks pada manusia. Ditemukan bahwa area otak yang berkembang pesat selama evolusi memiliki konektivitas struktural dan fungsional yang lebih lemah, sedangkan area sensorik sederhana memiliki konektivitas yang lebih kuat.
Pada anak-anak dan remaja, hubungan struktural-fungsional meningkat cukup aktif di area frontal otak, yang bertanggung jawab atas fungsi penghambatan (yaitu pengendalian diri). Dengan demikian, pengembangan konektivitas struktural-fungsional jangka panjang di bidang-bidang ini dapat meningkatkan fungsi eksekutif dan pengendalian diri, sebuah proses yang berlanjut hingga dewasa.
Untuk melihat lebih detail nuansa penelitian ini, saya sarankan untuk melihatnya и untuk dia.
Bagian terakhir dr suatu karya sastra
Otak manusia selalu dan akan selalu menjadi salah satu misteri terbesar umat manusia. Ini adalah mekanisme yang sangat kompleks yang harus menjalankan banyak fungsi, mengontrol banyak proses, dan menyimpan informasi dalam jumlah besar. Bagi banyak orang tua, tidak ada yang lebih misterius daripada otak anak remajanya. Perilaku mereka terkadang sulit disebut logis atau konstruktif, tetapi hal ini dijelaskan oleh proses perkembangan biologis dan pembentukan sosial mereka.
Tentu saja, perubahan hubungan struktural dan fungsional pada area tertentu di otak serta pengaruh perubahan hormonal dapat menjadi pembenaran ilmiah atas perilaku aneh anak muda, namun bukan berarti tidak perlu diarahkan. Manusia pada dasarnya bukanlah makhluk asosial. Jika seseorang menghindari orang lain, tentu bukan karena kecenderungan biologis kita. Oleh karena itu, partisipasi aktif orang tua dalam kehidupan anak merupakan aspek yang sangat penting dalam perkembangannya.
Perlu juga dipahami bahwa bahkan pada usia tiga tahun, seorang anak sudah menjadi individu dengan karakternya sendiri, keinginannya sendiri, dan pandangannya sendiri terhadap dunia di sekitarnya. Orang tua tidak boleh menjadi tidak terlihat oleh anaknya, membiarkannya pergi dengan bebas, tetapi ia tidak boleh berubah menjadi tembok beton bertulang yang melindunginya dari pengetahuan dunia. Di suatu tempat Anda perlu mendorong, di suatu tempat Anda perlu menahan diri, di suatu tempat Anda perlu memberikan kebebasan penuh, dan di suatu tempat, dengan menunjukkan otoritas orang tua, Anda perlu mengatakan “tidak” dengan tegas, bahkan jika anak tersebut tidak senang dengan hal ini.
Menjadi orang tua itu sulit, menjadi orang tua yang baik bahkan lebih sulit lagi. Namun menjadi remaja tidaklah mudah. Tubuh berubah secara eksternal, otak berubah, lingkungan berubah (dulu sekolah, sekarang universitas), ritme kehidupan berubah. Saat ini, kehidupan sering kali menyerupai Formula 1, yang tidak mengenal kelambanan. Namun kecepatan tinggi mempunyai risiko yang besar, sehingga pengendara yang tidak berpengalaman bisa terluka. Tugas orang tua adalah menjadi pelatih bagi anaknya agar dengan tenang melepaskannya ke dunia di kemudian hari, tanpa rasa takut akan masa depannya.
Beberapa orang tua menganggap diri mereka lebih pintar daripada yang lain, beberapa siap menerapkan nasihat apa pun yang mereka dengar di Internet atau dari tetangga, dan beberapa hanya “ungu” dalam semua seluk-beluk mengasuh anak. Setiap orang berbeda-beda, tetapi sama seperti komunikasi antar bagian penting dalam otak manusia, komunikasi antara orang tua dan anak-anaknya memainkan salah satu peran terpenting dalam pendidikan.
Terima kasih telah menonton, tetap penasaran dan semoga akhir pekanmu menyenangkan semuanya! 🙂
Beberapa iklan 🙂
Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda menyukai artikel kami? Ingin melihat konten yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman, , analog unik dari server level awal, yang kami temukan untuk Anda: (tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Dell R730xd 2x lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya disini di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai $99! Membaca tentang
Sumber: www.habr.com