מקסימליזם נעורים ורוח הסתירה אצל מתבגרים מנקודת מבט נוירולוגית

אחת ה"תופעות" המסתוריות והלא מובנות במלואן היא המוח האנושי. שאלות רבות סובבות סביב האיבר המורכב הזה: מדוע אנו חולמים, כיצד רגשות משפיעים על קבלת החלטות, אילו תאי עצב אחראים לתפיסת האור והקול, מדוע יש אנשים שאוהבים שפריצים בעוד שאחרים מעריצים זיתים? כל השאלות הללו נוגעות למוח, מכיוון שהוא המעבד המרכזי של גוף האדם. במשך שנים, מדענים הקדישו תשומת לב מיוחדת למוחם של אנשים שאיכשהו בלטו מהקהל (מגאונים אוטודידקטיים ועד פסיכופתים חישובים). אבל יש קטגוריה של אנשים שהתנהגותם החריגה קשורה לגילם - בני נוער. לבני נוער רבים יש תחושת סתירה מוגברת, רוח של הרפתקנות ורצון שאי אפשר לעמוד בפניו למצוא הרפתקאות לטובתם. מדענים מאוניברסיטת פנסילבניה החליטו לבחון מקרוב את המוח המסתורי של בני נוער ואת התהליכים המתרחשים בהם. אנו למדים על מה שהם הצליחו לגלות מהדוח שלהם. ללכת.

בסיס מחקר

לכל מכשיר בטכנולוגיה ולכל איבר בגוף יש ארכיטקטורה משלהם המאפשרת להם לעבוד ביעילות. קליפת המוח האנושית מאורגנת על פי היררכיה תפקודית, הנעה בין חד-מודאלית קורטקס חושי* וכלה בטרנס-מודאלי קורטקס אסוציאציה*.

קליפת המוח* היא החלק בקליפת המוח האחראי על איסוף ועיבוד המידע המתקבל מהחושים (עיניים, לשון, אף, אוזניים, עור ומערכת הווסטיבולרית).

קליפת האסוציאציה* היא חלק מקליפת המוח הפריאטלית המעורבת בביצוע תנועות מתוכננות. כאשר אנו עומדים לבצע תנועה כלשהי, המוח שלנו חייב לדעת היכן נמצאים הגוף וחלקיו שינועו באותה שנייה, וכן היכן נמצאים אובייקטי הסביבה החיצונית איתה אנו מתכננים לקיים אינטראקציה. לדוגמה, אתה רוצה להרים כוס, והמוח שלך כבר יודע היכן נמצאים היד והכוס עצמה.

היררכיה תפקודית זו נקבעת על ידי האנטומיה של המסלולים חומר לבן*, אשר מתאמים פעילות עצבית מסונכרנת ו קוגניציה*.

חומר לבן* - אם החומר האפור מורכב מנוירונים, אז החומר הלבן מורכב מאקסונים מכוסי מיאלין, שלאורכם מועברים דחפים מגוף התא לתאים ואיברים אחרים.

קוגניציה* (קוגניציה) - מכלול תהליכים הקשורים לרכישת ידע חדש על העולם הסובב אותנו.

התפתחות קליפת המוח אצל פרימטים והתפתחות המוח האנושי מאופיינים בהרחבה מכוונת מטרה ועיצוב מחדש של אזורים אסוציאטיביים טרנס-מודאליים, שהם הבסיס לתהליכי הייצוג החושי של מידע וחוקים מופשטים להשגת מטרות.

תהליך התפתחות המוח לוקח זמן רב, ובמהלכו מתרחשים תהליכים רבים של שיפור המוח כמערכת: מיאלינציה*, גיזום סינפטי* וכו '

מיאלינציה* - אוליגודנדרוציטים (סוג של תאי עזר של מערכת העצבים) עוטפים חלק כזה או אחר של האקסון, וכתוצאה מכך אוליגודנדרוציט אחד מתקשר עם מספר נוירונים בו זמנית. ככל שהאקסון פעיל יותר, כך הוא מיואלי יותר, שכן הדבר מגביר את יעילותו.

גיזום סינפטי* - הפחתת מספר הסינפסות/נוירונים כדי להגביר את היעילות של מערכת העצבים, כלומר. להיפטר מקשרים מיותרים. במילים אחרות, זהו יישום העיקרון "לא לפי כמות, אלא לפי איכות".

במהלך התפתחות המוח, נוצר מפרט תפקודי בקליפת האסוציאציה הטרנס-מודאלית, אשר משפיע ישירות על התפתחותן של תפקודים ביצועיים מסדר גבוה, כגון זיכרון עובד*, גמישות קוגניטיבית* и שליטה מעכבת*.

זיכרון עובד* - מערכת קוגניטיבית לאחסון זמני של מידע. סוג זה של זיכרון מופעל במהלך תהליכי חשיבה מתמשכים ומעורב בקבלת החלטות וביצירת תגובות התנהגותיות.

גמישות קוגניטיבית* - היכולת לעבור ממחשבה אחת לאחרת ו/או לחשוב על מספר דברים בו זמנית.

בקרה מעכבת* (תגובת עיכוב) היא פונקציה ביצועית המפקחת על יכולתו של אדם לדכא את התגובות ההתנהגותיות האימפולסיביות (הטבעיות, הרגילות או הדומיננטיות) שלו לגירויים על מנת ליישם תגובה מתאימה יותר למצב ספציפי (גירוי חיצוני).

חקר הקשרים המבניים-פונקציונליים של המוח החל די מזמן. עם הופעתה של תורת הרשתות, ניתן היה לדמיין קשרים מבניים-פונקציונליים במערכות נוירו-ביולוגיות ולחלק אותם לקטגוריות. בבסיסו, קישוריות מבנה-תפקוד היא המידה שבה התפלגות הקשרים האנטומיים בתוך אזור מוחי תומכת בפעילות עצבית מסונכרנת.

נמצא קשר חזק בין מדדים של קישוריות מבנית ותפקודית בסולמות מרחבי-זמניים שונים. במילים אחרות, שיטות מחקר מודרניות יותר אפשרו לסווג אזורים מסוימים במוח לפי המאפיינים התפקודיים שלהם הקשורים לגיל האזור ולגודלו.

עם זאת, המדענים טוענים שכרגע יש עדויות מועטות לאופן שבו שינויים בארכיטקטורת החומר הלבן במהלך התפתחות המוח האנושי תומכים בתנודות מתואמות בפעילות העצבית.

קישוריות מבנית-פונקציונלית היא הבסיס לתקשורת פונקציונלית ומתרחשת כאשר פרופיל קישוריות החומר הלבן הבין-אזורי של אזור קליפת המוח מנבא את עוצמת הקישוריות הפונקציונלית הבין-אזורית. כלומר, פעילות החומר הלבן תבוא לידי ביטוי בהפעלת הפונקציות הביצועיות של המוח, ובכך ניתן יהיה להעריך את מידת החוזק של הקשר המבני-תפקודי.

כדי לתאר את הקשר המבני-פונקציונלי, מדענים העלו שלוש השערות שנבדקו במהלך המחקר.

ההשערה הראשונה קובעת כי קישוריות מבנה-פונקציה תשקף את ההתמחות התפקודית של אזור הקורטיקלי. כלומר, קישוריות מבנה-פונקציה תהיה חזקה בקורטקס הסומטוסנסורי, עקב תהליכים הקובעים את ההתפתחות המוקדמת של היררכיות חושיות מיוחדות. לעומת זאת, קישוריות מבנה-פונקציה תהיה נמוכה בקליפת האסוציאציה הטרנס-מודאלית, שבה התקשורת התפקודית עלולה להיות נחלשת על ידי אילוצים גנטיים ואנטומיים עקב התרחבות אבולוציונית מהירה.

ההשערה השנייה מבוססת על מיאלינציה ארוכת טווח תלוית פעילות במהלך ההתפתחות וקובעת שהתפתחות קשרי מבנה-תפקוד תתרכז בקורטקס האסוציאציה הטרנס-מודאלית.

השערה שלישית: הקשר המבני-תפקודי משקף את ההתמחות התפקודית של אזור הקורטיקלי. לכן, ניתן להניח שקשר מבני-פונקציונלי חזק יותר בקליפת האסוציאציה הפרונטופריאטלית יהיה מעורב בחישובים מיוחדים הדרושים ליישום פונקציות ביצועיות.

תוצאות המחקר

כדי לאפיין את ההתפתחות של קישוריות מבנה-תפקוד אצל מתבגרים, מדענים כימתו את המידה שבה קשרים מבניים על פני אזורי מוח שונים תומכים בתנודות מתואמות בפעילות העצבית.

תוך שימוש בנתוני הדמיה עצבית מולטי-מודאלית מ-727 משתתפים בגילאי 8 עד 23 שנים, בוצעה טרקטוגרפיה של דיפוזיה הסתברותית והעריכה קישוריות תפקודית בין כל זוג של אזורי קליפת המוח במהלך הביצוע. משימות אחוריות*קשור לפעילות זיכרון עבודה.

בעיה n-back* - טכניקה להמרצת הפעילות של אזורים מסוימים במוח ובדיקת זיכרון עבודה. הנבדק מסופק במספר גירויים (חזותיים, אודיו וכו'). עליו לקבוע ולציין אם גירוי זה או אחר היה קיים לפני n עמדות. לדוגמה: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (בעיית 3 גב, כאשר אות מסוימת הופיעה בעמדה השלישית קודם לכן).

קישוריות תפקודית במצב מנוחה משקפת תנודות ספונטניות בפעילות העצבית. אבל במהלך משימת זיכרון עבודה, קישוריות פונקציונלית עשויה לשפר קשרים עצביים ספציפיים או אוכלוסיות המעורבות בתפקודים ניהוליים.

תמונה מס' 1: מדידת הקישוריות המבנית-תפקודית של המוח האנושי.

צמתים ברשתות מוחיות מבניות ותפקודיות זוהו באמצעות פרצלציה של 400 אזורים בקליפת המוח המבוססת על הומוגניות תפקודית בנתוני ה-MRI של משתתפי המחקר. עבור כל משתתף במחקר, חולצו פרופילי קישוריות אזוריים מכל שורה של מטריצת הקישוריות המבנית או הפונקציונלית ויוצגו כווקטורים של חוזק קישוריות מצומת רשת עצבית אחת לכל הצמתים האחרים.

מלכתחילה, המדענים בדקו האם ההתפלגות המרחבית של קשרים מבניים-פונקציונליים עולה בקנה אחד עם המאפיינים הבסיסיים של ארגון קליפת המוח.

תמונה מס' 2

ראוי לציין שהקשר בין פרופילי קישוריות מבניים ותפקודיים אזוריים השתנה מאוד על פני הקורטקס (2A). קשרים חזקים יותר נצפו בקליפת המוח הפרה-מצחית הראשית התחושתית והמדיאלית. אבל באזורים הצידיים, הטמפורליים והפרונטאופאריאטליים הקשר היה חלש למדי.

לצורך הערכה מובנת יותר של הקשר בין קישוריות מבנית-פונקציונלית להתמחות תפקודית, חושב מקדם "ההשתתפות", שהוא ייצוג גרפי של הקביעה הכמותית של קישוריות בין אזורים מתמחים תפקודית במוח. כל אחד מאזורי המוח הוקצה לשבע רשתות עצביות פונקציונליות קלאסיות. צמתים עצביים של המוח עם מקדם השתתפות גבוה מדגימים קשרים בין מודולריים שונים (חיבורים בין אזורי מוח) ולכן יכולים להשפיע על תהליכי העברת המידע בין אזורים, כמו גם על הדינמיקה שלהם. אבל צמתים עם שיעורי השתתפות נמוכים מראים יותר קשרים מקומיים בתוך אזור המוח עצמו, ולא בין מספר אזורים. במילים פשוטות, אם המקדם גבוה, אזורים שונים במוח מקיימים אינטראקציה פעילה זה עם זה; אם הוא נמוך, פעילות מתרחשת בתוך האזור ללא קשר עם אלה שכנים (2C).

לאחר מכן, הוערך הקשר בין השונות של קישוריות מבנית-פונקציונלית והיררכיה תפקודית בקנה מידה מאקרו. קישוריות מבנית-פונקציונלית עולה בקנה אחד עם השיפוע הבסיסי של קישוריות תפקודית: אזורים תחושתיים חד-מודאליים מראים קישוריות מבנית-פונקציונלית חזקה יחסית, בעוד שאזורים טרנס-מודאליים בראש ההיררכיה התפקודית מראים קישוריות חלשה יותר (2D).

כמו כן, נמצא כי קיים מתאם חזק בין הקשר המבני-תפקודי לבין ההתרחבות האבולוציונית של שטח הפנים של הקורטקס (2E). לאזורים תחושתיים שמורים מאוד היה קישוריות מבנה-פונקציונלית חזקה יחסית, בעוד לאזורים טרנס-מודאליים מורחבים הייתה קישוריות חלשה יותר. תצפיות כאלה תומכות באופן מלא בהשערה כי קישוריות מבנה-פונקציה היא שיקוף של ההיררכיה הקורטיקלית של התמחות תפקודית והתרחבות אבולוציונית.

תמונה מס' 3

מדענים שוב מזכירים שמחקר קודם התמקד בעיקר בחקר קישוריות מבנית-פונקציונלית במוח הבוגר. באותה עבודה הושם הדגש על חקר המוח, שעדיין נמצא בתהליך התפתחות, דהיינו. על חקר המוח של המתבגר.

נמצא כי במוח המתבגר, הבדלים הקשורים לגיל בקשרים מבניים-פונקציונליים התפזרו באופן נרחב על פני הקורטיקס הטמפורלי הצידי, הקודקוד התחתון והפרה-פרונטלי (3А). שיפורי קישוריות הופצו באופן לא פרופורציונלי על פני אזורי קליפת המוח, למשל. היו נוכחים בתת-קבוצה ייחודית של אזורי קליפת המוח המופרדים מבחינה תפקודית (3V), שלא נצפה במוח הבוגר.

גודל הבדלי הגיל בקישוריות מבנית-תפקודית היה בקורלציה גבוהה עם שיעור ההשתתפות התפקודי (3S) ושיפוע פונקציונלי (3D).

ההתפלגות המרחבית של הבדלים הקשורים לגיל בקשרים מבניים-פונקציונליים תאמה גם את ההתרחבות האבולוציונית של הקורטקס. נצפתה עלייה הקשורה לגיל בקישוריות בקליפת האסוציאציה המורחבת, בעוד שירידה הקשורה לגיל בקישוריות נצפתה בקליפת המוח הסנסומוטורית השמורה ביותר (3E).

בשלב הבא של המחקר, 294 משתתפים עברו בדיקת מוח שניה 1.7 שנים לאחר הראשונה. בדרך זו ניתן היה לקבוע את הקשר בין שינויים הקשורים לגיל בקישוריות מבנית-תפקודית לבין שינויים התפתחותיים תוך-אישיים. לצורך כך, הוערכו שינויים אורכיים בקישוריות מבנית-פונקציונלית.

תמונה מס' 4

הייתה התאמה מובהקת בין שינויים הקשורים לגיל בחתך ובאורך בקישוריות מבנית-פונקציונלית (4А).

כדי לבדוק את הקשר בין שינויים אורכיים בקישוריות מבנית ותפקודית (4B) ושינויים אורכיים בשיעור ההשתתפות התפקודי (4S) נעשה שימוש ברגרסיה ליניארית. נמצא כי שינויים אורכיים בקישוריות תואמים לשינויים אורכיים ביחס ההשתתפות התפקודי באזורי אסוציאציה מפוזרים מסדר גבוה, כולל הקורטקס הקדם-פרונטלי הגבי והמדיאלי, קליפת הקודקוד התחתונה וקורטקס הטמפורלי הצידי (4D).

תמונה מס' 5

מדענים ביקשו אז להבין את ההשלכות של הבדלים אינדיבידואליים בקישוריות מבנית-פונקציונלית על התנהגות. באופן ספציפי, האם קישוריות מבנית-פונקציונלית במהלך משימת זיכרון עבודה יכולה להסביר את ביצועי ההנהלה. נמצא כי שיפורים בתפקוד הניהולי קשורים לקישוריות מבנית-תפקודית חזקה יותר בקורטקס הקדם-מצחתי הרוסטרו-צדדי, בקליפת המוח האחורית ובקליפת המוח המדיאלית (5A).

מכלול התצפיות שתוארו לעיל מוביל למספר מסקנות עיקריות. ראשית, שינויים אזוריים בקישוריות מבנית-פונקציונלית עומדים ביחס הפוך למורכבות התפקוד שעליו אחראי אזור מוח מסוים. קישוריות מבנה-תפקוד חזקה יותר נמצאה בחלקים במוח המתמחים בעיבוד מידע חושי פשוט (כגון אותות חזותיים). ולאזורי מוח המעורבים בתהליכים מורכבים יותר (תפקוד ביצועי ובקרה מעכבת) הייתה קישוריות מבנית-תפקודית נמוכה יותר.

קישוריות מבנית-תפקודית נמצאה גם תואמת את ההתרחבות האבולוציונית של המוח שנצפתה אצל פרימטים. מחקרים השוואתיים קודמים של מוחות של בני אדם, פרימטים וקופים הראו שאזורים חושיים (כגון מערכת הראייה) נשמרים מאוד בקרב מיני פרימטים ולא התרחבו הרבה במהלך האבולוציה האחרונה. אבל אזורי האסוציאציות של המוח (לדוגמה, הקורטקס הקדם-מצחתי) עברו התרחבות משמעותית. אולי התרחבות זו השפיעה ישירות על הופעתן של יכולות קוגניטיביות מורכבות בבני אדם. נמצא שאזורים במוח שהתרחבו במהירות במהלך האבולוציה היו בעלי קישוריות מבנית ותפקודית חלשה יותר, בעוד לאזורים תחושתיים פשוטים הייתה קישוריות חזקה יותר.

בילדים ובני נוער, הקשר המבני-תפקודי מתגבר באופן פעיל למדי באזורים הקדמיים של המוח, האחראים על תפקוד העיכוב (כלומר, שליטה עצמית). לפיכך, פיתוח ארוך טווח של קישוריות מבנית-פונקציונלית בתחומים אלו עשוי לשפר את התפקוד הביצועי ואת השליטה העצמית, תהליך הנמשך בבגרות.

למבט מפורט יותר על הניואנסים של המחקר, אני ממליץ להסתכל על מדענים מדווחים и חומרים נוספים אליו.

אפילוג

המוח האנושי תמיד היה ויהיה מזמן אחת התעלומות הגדולות ביותר של האנושות. זהו מנגנון מורכב להפליא שחייב לבצע פונקציות רבות, לשלוט בתהליכים רבים ולאחסן כמויות אדירות של מידע. עבור הורים רבים, אין דבר מסתורי יותר מהמוח של ילדיהם המתבגרים. לפעמים קשה לקרוא להתנהגותם הגיונית או בונה, אך זה מוסבר על ידי תהליך ההתפתחות הביולוגית וההיווצרות החברתית שלהם.

כמובן ששינויים בקשרים המבניים והתפקודיים של אזורים מסוימים במוח והשפעת שינויים הורמונליים יכולים להיות הצדקה מדעית להתנהגותם המיוחדת של צעירים, אך אין זה אומר שאין צורך להפנות אותם. האדם אינו מטבעו יצור א-חברתי. אם מישהו נמנע מאנשים אחרים, זה בהחלט לא בגלל הנטייה הביולוגית שלנו. לכן, השתתפות פעילה של הורים בחיי ילדיהם היא היבט חשוב ביותר בהתפתחותם.

כדאי גם להבין שגם בגיל שלוש ילד הוא כבר אינדיבידואל עם אופי משלו, רצונות משלו והשקפה משלו על העולם הסובב אותו. הורה לא צריך להפוך לבלתי נראה לילד שלו, לתת לו ללכת בחופשיות, אבל הוא לא צריך להפוך לקיר בטון מזוין, להגן עליו מפני הכרת העולם. באיזשהו מקום אתה צריך לדחוף, באיזשהו מקום אתה צריך להתאפק, באיזשהו מקום אתה צריך לתת חופש מוחלט, ואיפשהו, להראות סמכות הורית, אתה צריך לומר "לא", גם אם הילד לא מרוצה מזה.

להיות הורה זה קשה, להיות הורה טוב זה אפילו יותר קשה. אבל להיות נער זה לא כל כך קל. הגוף משתנה חיצונית, המוח משתנה, הסביבה משתנה (היה בית ספר, ועכשיו אוניברסיטה), קצב החיים משתנה. כיום, החיים דומים לרוב לפורמולה 1, שבה אין מקום לאיטיות. אבל מהירות גבוהה כרוכה בסיכון גדול, כך שרוכב חסר ניסיון יכול להיפגע. המשימה של הורה היא להפוך למאמן עבור ילדו על מנת לשחרר אותו ברוגע לעולם בעתיד, ללא חשש לעתידו.

חלק מההורים רואים את עצמם חכמים יותר מאחרים, חלקם מוכנים ליישם כל עצה שהם שומעים באינטרנט או מהשכן, וחלקם פשוט "סגולים" בכל נבכי ההורות. אנשים שונים, אבל כשם שהתקשורת בין חלקיה חשובה במוח האנושי, התקשורת בין הורים וילדיהם ממלאת את אחד התפקידים החשובים ביותר בחינוך.

תודה שצפיתם, תישארו סקרנים ושבוע טוב לכולם! 🙂

כמה מודעות 🙂

תודה שנשארת איתנו. האם אתה אוהב את המאמרים שלנו? רוצים לראות עוד תוכן מעניין? תמכו בנו על ידי ביצוע הזמנה או המלצה לחברים, Cloud VPS למפתחים החל מ-$4.99, אנלוגי ייחודי של שרתים ברמת הכניסה, שהומצא על ידינו עבורכם: כל האמת על VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 ליבות) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps החל מ-$19 או איך לשתף שרת? (זמין עם RAID1 ו-RAID10, עד 24 ליבות ועד 40GB DDR4).

Dell R730xd זול פי 2 במרכז הנתונים Equinix Tier IV באמסטרדם? רק כאן 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV החל מ-$199 בהולנד! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - החל מ-$99! לקרוא על כיצד לבנות תשתיות קורפ. מחלקה עם שימוש בשרתי Dell R730xd E5-2650 v4 בשווי 9000 יורו עבור אגורה?

מקור: www.habr.com