神経学的観点から見た若々しいマキシマリズムと青少年の矛盾精神

最も謎に満ちていて完全には理解されていない「現象」の XNUMX つは、人間の脳です。 この複雑な器官をめぐっては、多くの疑問が渦巻いています。なぜ私たちは夢を見るのか、感情は意思決定にどのように影響するのか、どの神経細胞が光や音の知覚を司っているのか、なぜスプラットを好む人もいれば、オリーブを愛する人もいるのでしょう？ 脳は人体の中央処理装置であるため、これらすべての疑問は脳に関係します。 長年にわたり、科学者たちは、群衆の中で何らかの形で傑出した人々（独学の天才から計算高いサイコパスまで）の脳に特別な注意を払ってきました。 しかし、異常な行動が年齢に関連するカテゴリーの人々、つまりXNUMX代の人々がいます。 多くのティーンエイジャーは、矛盾意識が高まり、冒険精神があり、自分にとって有利な冒険を見つけたいという抑えがたい願望を持っています。 ペンシルバニア大学の科学者たちは、XNUMX代の若者の神秘的な脳とその中で起こっているプロセスを詳しく調査することにしました。 私たちは彼らが報告書から何を発見できたのかを学びます。 行く。

研究根拠

テクノロジーのあらゆるデバイスや体内の器官には、効率的に機能するための独自のアーキテクチャがあります。 人間の大脳皮質は、単峰性から単峰性までの機能階層に従って組織されています。 感覚皮質* そしてトランスモーダルで終わる 連合皮質*.

感覚皮質*は、感覚（目、舌、鼻、耳、皮膚、前庭系）から受け取った情報の収集と処理を担当する大脳皮質の一部です。

連合皮質* は、計画された運動の実行に関与する脳の頭頂皮質の一部です。 私たちが何らかの動作を実行しようとしているとき、私たちの脳は、その瞬間に動く身体とその部分がどこにあるか、そして私たちが対話しようとしている外部環境の物体がどこにあるかを知らなければなりません。 たとえば、カップを持ち上げたいとすると、脳はすでに手とカップ自体がどこにあるかを知っています。

この機能階層は経路の構造によって決定されます。 白質*、同期した神経活動を調整し、 認知*.

白質* — 灰白質がニューロンで構成されている場合、白質はミエリンで覆われた軸索で構成され、それに沿ってインパルスが細胞体から他の細胞や器官に伝達されます。

認知* (認知) - 私たちの周りの世界についての新しい知識の獲得に関連する一連のプロセス。

霊長類の大脳皮質の進化と人間の脳の発達は、目標を達成するための情報の感覚表現と抽象的な規則のプロセスの基礎となる、トランスモーダル連合野の目標指向性の拡張と再構築によって特徴付けられます。

脳の発達のプロセスには多くの時間がかかり、その間にシステムとしての脳を改善するための多くのプロセスが発生します。 髄鞘形成*, シナプス刈り込み* 等

髄鞘形成* - 希突起膠細胞（神経系の補助細胞の一種）は軸索の一部または別の部分を包み、その結果、XNUMXつの希突起膠細胞が一度に複数のニューロンと通信します。 軸索の活動が活発であればあるほど、効率が高まるため、髄鞘が多くなります。

シナプス刈り込み* — シナプス/ニューロンの数を減らして神経系の効率を高める、つまり不要な接続を削除します。 つまり、「量ではなく質」の実践です。

脳の発達中に、機能的仕様が経モード連合野で形成され、次のような高次の実行機能の発達に直接影響します。 ワーキングメモリ*, 認知的柔軟性* и 抑制制御*.

ワーキングメモリ* - 情報を一時的に保存するための認知システム。 このタイプの記憶は、進行中の思考プロセス中に活性化され、意思決定と行動反応の形成に関与します。

認知の柔軟性* - ある考えから別の考えに切り替えたり、一度に複数のことを考える能力。

抑制制御* （抑制反応）は、特定の状況（外部刺激）に対してより適切な反応を実行するために、刺激に対する衝動的な（自然、習慣、または支配的な）行動反応を抑制する人の能力を監視する実行機能です。

脳の構造と機能の接続に関する研究は、かなり昔に始まりました。 ネットワーク理論の出現により、神経生物学的システムの構造と機能の接続を視覚化し、それらをカテゴリに分類することが可能になりました。 本質的に、構造と機能の接続性は、脳領域内の解剖学的接続の分布が同期した神経活動をサポートする度合いです。

異なる時空間スケールでの構造的接続性と機能的接続性の尺度の間には、強い関係があることが判明しました。 言い換えれば、より現代的な研究方法により、脳の特定の領域を、その領域の年齢とそのサイズに関連する機能的特徴に従って分類することが可能になりました。

しかし、科学者らは、人間の脳の発達における白質構造の変化が神経活動の協調的な変動をどのようにサポートしているのかについては、現時点ではほとんど証拠がないと述べている。

構造と機能の接続は機能的コミュニケーションの基礎であり、皮質領域の領域間の白質接続プロファイルが領域間の機能的接続の強さを予測するときに発生します。 すなわち、白質の活動が脳の実行機能の活性化に反映され、構造と機能の結合の強さを評価することが可能となる。

構造と機能の関係を説明するために、科学者たちは研究中に検証された XNUMX つの仮説を提唱しました。

最初の仮説は、構造と機能の接続性が皮質領域の機能の特殊化を反映すると述べています。 つまり、体性感覚皮質では、特殊な感覚階層の初期発達を決定するプロセスにより、構造と機能の接続性が強くなります。 対照的に、トランスモーダル連合皮質では構造と機能の接続性が低く、急速な進化の拡大による遺伝的および解剖学的制約によって機能的コミュニケーションが弱まる可能性があります。

XNUMX 番目の仮説は、発生中の長期にわたる活動依存性の髄鞘形成に基づいており、構造と機能の結合の発生は経モード連合皮質に集中すると述べています。

XNUMX 番目の仮説: 構造と機能の関係は、皮質領域の機能の特殊化を反映しています。 したがって、前頭頭頂連合野におけるより強力な構造機能結合が、実行機能の実行に必要な特殊な計算に関与すると推測できます。

研究成果

青少年の構造と機能の接続性の発達を特徴付けるために、科学者たちは、さまざまな脳領域にわたる構造的接続が神経活動の協調的な変動をどの程度サポートしているかを定量化しました。

727歳から8歳までの23人の参加者からのマルチモーダル神経画像データを使用して、確率的拡散トラクトグラフィーが実行され、パフォーマンス中の皮質領域の各ペア間の機能的接続性が評価されました。 nバックタスク*作業記憶の活動に関連しています。

Nバック問題* - 脳の特定領域の活動を刺激し、作業記憶をテストする技術。 被験者には多くの刺激（視覚、聴覚など）が与えられます。 彼は、この刺激またはあの刺激が n 位置前に存在したかどうかを判断し、示さなければなりません。 例: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (特定の文字が前に 3 番目の位置に表示される 3 バックの問題)。

安静状態の機能的接続は、神経活動の自発的変動を反映します。 しかし、作業記憶タスク中に、機能的接続が実行機能に関与する特定の神経接続または集団を強化する可能性があります。

画像 #1: 人間の脳の構造と機能の接続を測定します。

構造的および機能的な脳ネットワークのノードは、研究参加者の MRI データの機能的均一性に基づいた 400 領域の皮質区画を使用して特定されました。 研究参加者ごとに、構造的または機能的接続性マトリックスの各行から領域接続性プロファイルが抽出され、XNUMX つのニューラル ネットワーク ノードから他のすべてのノードへの接続性強度のベクトルとして表されました。

まず科学者らは、構造と機能の接続の空間分布が皮質組織の基本的特性と一致するかどうかを確認した。

画像 #2

局所的な構造的接続プロファイルと機能的接続プロファイルの間の関係が皮質全体で大きく異なっていたことは注目に値します(2A）。 一次感覚皮質と内側前頭前野皮質では、より強い接続が観察されました。 しかし、側方、側頭、前頭頭頂部の結合は非常に弱かった。

構造と機能の接続性と機能の特殊化との関係をよりわかりやすく評価するために、脳の機能的に特殊化された領域間の接続性の定量的決定をグラフで表現した「参加」係数が計算されました。 各脳領域は、XNUMX つの古典的な機能ニューラル ネットワークに割り当てられました。 高い関与係数を持つ脳の神経節は、異なるモジュール間接続 (脳領域間の接続) を示し、そのため、領域間の情報伝達のプロセスやそのダイナミクスに影響を与える可能性があります。 しかし、参加率が低いノードでは、複数の領域間ではなく、脳領域自体の内部でより局所的な接続が示されます。 簡単に言うと、係数が高ければ、脳の異なる領域が互いに活発に相互作用し、係数が低ければ、隣接する領域との接続なしにその領域内で活動が発生します(2C).

次に、構造と機能の接続性の変動性とマクロスケールの機能階層との関係が評価されました。 構造と機能の結合性は、機能的結合の基礎となる勾配とほぼ一致します。単峰性の感覚野は比較的強い構造と機能の結合性を示しますが、機能階層の最上位にあるトランスモーダルな領域は弱い結合性を示します(2D).

また、構造と機能の関係と皮質の表面積の進化的拡大との間に強い相関関係があることも判明した（2E）。 高度に保存された感覚野は構造と機能の結合性が比較的強かったが、高度に拡張されたトランスモーダル領域は結合性が弱かった。 このような観察は、構造と機能の接続性が機能の特殊化と進化的拡張の皮質階層を反映しているという仮説を完全に裏付けています。

画像 #3

科学者たちは、これまでの研究が成人の脳における構造と機能の接続性の研究に主に焦点を当てていたことを改めて思い出させた。 同じ作品では、まだ発展途上にある脳の研究に重点が置かれています。 思春期の脳の研究について。

青年期の脳では、構造と機能の結合における年齢に伴う差異が側頭葉皮質、下頭頂葉皮質、および前頭前野皮質に広く分布していることが判明しました。3А）。 接続性の強化は、皮質領域全体に不均衡に分布しました。 機能的に分離された皮質領域のユニークなサブセットに存在していました（3V）、これは成人の脳では観察されませんでした。

構造と機能の結合における年齢差の大きさは、機能参加率と高い相関があった（3S) および関数勾配 (3D).

構造と機能の結合における年齢に関連した差異の空間分布も、皮質の進化的拡大と一致していた。 加齢に伴う接続性の増加は拡張連合野で観察されましたが、加齢に伴う接続性の低下は高度に保存された感覚運動野で観察されました(3E).

研究の次の段階では、294人の参加者が最初の脳検査から1.7年後にXNUMX回目の脳検査を受けた。 このようにして、構造機能結合性の加齢に伴う変化と個人内の発達変化との関係を特定することができました。 この目的のために、構造と機能の接続における縦方向の変化が評価されました。

画像 #4

構造と機能の結合性における断面および縦方向の年齢に関連した変化の間には、有意な対応関係があった (4А).

構造的接続性と機能的接続性における縦方向の変化の間の関係をテストするには (4B) と機能参加率の長期的な変化 (4S) 線形回帰が使用されました。 接続性の縦方向の変化は、背側および内側前頭前皮質、下頭頂葉皮質、および外側側頭葉皮質を含む、分布した高次連合野における機能的参加率の縦方向の変化に対応することが判明しました。4D).

画像 #5

次に科学者たちは、行動の構造と機能の接続における個人差の影響を理解しようとしました。 具体的には、作業記憶タスク中の構造と機能の接続が実行パフォーマンスを説明できるかどうか。 実行機能の改善は、吻外側前頭前皮質、後帯状皮質、内側後頭皮質における構造機能的接続の強化と関連していることが判明しました。5A).

上記の観察を総合すると、いくつかの主要な結論が得られます。 まず、構造と機能の結合における局所的な変化は、特定の脳領域が担当する機能の複雑さに反比例します。 単純な感覚情報（視覚信号など）の処理を専門とする脳の部分では、より強い構造と機能の接続が見られました。 そして、より複雑なプロセス（実行機能と抑制制御）に関与する脳領域は、構造と機能の接続性が低かった。

構造と機能の接続性は、霊長類で観察される脳の進化的拡大と一致していることも判明した。 これまでのヒト、霊長類、サルの脳の比較研究では、感覚野（視覚系など）が霊長類の種間で高度に保存されており、最近の進化の過程でもあまり拡大していないことが示されている。 しかし、脳の連合野（前頭前野など）は大幅に拡大しています。 おそらく、この拡張は人間の複雑な認知能力の出現に直接影響を与えました。 進化の過程で急速に拡大した脳の領域は構造的および機能的な結合性が弱い一方、単純な感覚領域の結合性は強いことが判明した。

小児および青年では、抑制機能 (つまり、自制心) を担う脳の前頭領域で、構造と機能のつながりが非常に活発に増加します。 したがって、これらの領域における構造と機能の接続性の長期的な発達は、成人期まで続くプロセスである実行機能と自制心を改善する可能性があります。

研究のニュアンスをさらに詳しく知りたい場合は、以下を参照することをお勧めします。 科学者の報告 и 追加資料 彼に。

フィナーレ

人間の脳はこれまでも、そしてこれからも人類最大の謎の一つです。 これは非常に複雑なメカニズムであり、多くの機能を実行し、多くのプロセスを制御し、膨大な量の情報を保存する必要があります。 多くの親にとって、XNUMX代の子供の脳ほど謎に満ちたものはありません。 彼らの行動は論理的または建設的とは言い難いこともありますが、これは彼らの生物学的発達と社会形成のプロセスによって説明されます。

もちろん、脳の特定領域の構造的および機能的接続の変化やホルモン変化の影響は、若者の特異な行動を科学的に正当化できる可能性がありますが、これは若者に指示する必要がないという意味ではありません。 人間は本来、非社会的な存在ではありません。 誰かが他の人を避けるとしても、それは私たちの生物学的傾向のせいではありません。 したがって、親が子どもの生活に積極的に参加することは、子どもの発達にとって非常に重要な側面です。

また、XNUMX歳であっても、子供はすでに自分の性格、自分の欲望、自分の周囲の世界に対する自分の見方を持った個人であることを理解する価値があります。 親は子どもの目に見えなくなり、自由にさせるべきではありませんが、鉄筋コンクリートの壁になって世界の知識から子どもを守るべきではありません。 どこかで押す必要があり、どこかで抑制する必要があり、どこかで完全な自由を与える必要があり、そしてどこかで、親の権威を示して、たとえ子供がこれに不満を持っていたとしても、断固として「ノー」と言う必要があります。

親であることは難しいですが、良い親であることはさらに難しいです。 しかし、十代になることはそれほど簡単ではありません。 体の外側が変化し、脳が変化し、環境が変化し（かつては学校、今は大学）、生活のリズムが変化します。 今日、人生はフォーミュラ 1 に似ていることが多く、そこではゆっくりする余地はありません。 しかし、高速走行には大きなリスクが伴うため、経験の浅いライダーは怪我をする可能性があります。 親の仕事は、子供の将来を恐れることなく、落ち着いて子供を世界に解放するために子供のためのコーチになることです。

親の中には、自分が他の人よりも賢いと考えている人もいれば、インターネットや近所の人から聞いたアドバイスをすぐに実行する人もいます。また、子育ての複雑さにはまったく「無関心」な人もいます。 人はそれぞれ異なりますが、人間の脳において各部分間のコミュニケーションが重要であるのと同様に、親と子の間のコミュニケーションは教育において最も重要な役割の XNUMX つです。

ご視聴いただきありがとうございます。好奇心を持ち続けて、皆さん素晴らしい週末をお過ごしください。 🙂

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出所： habr.com