신경학적 관점에서 본 청소년의 젊음의 최대주의와 모순의 정신

가장 신비롭고 완전히 이해되지 않은 "현상" 중 하나는 인간의 뇌입니다. 이 복잡한 기관을 중심으로 많은 질문이 제기됩니다. 우리가 꿈을 꾸는 이유, 감정이 의사 결정에 어떻게 영향을 미치는지, 빛과 소리의 인식을 담당하는 신경 세포, 왜 어떤 사람들은 어린애를 좋아하고 다른 사람들은 올리브를 좋아합니까? 이 모든 질문은 뇌에 관한 것입니다. 왜냐하면 뇌는 인체의 중앙 처리 장치이기 때문입니다. 수년 동안 과학자들은 독학으로 공부한 천재부터 계산적인 사이코패스에 이르기까지 군중 속에서 눈에 띄는 사람들의 두뇌에 특별한 관심을 기울여 왔습니다. 그러나 비정상적인 행동이 나이와 관련된 사람들, 즉 십대라는 범주가 있습니다. 많은 십대들은 고조된 모순감, 모험심, 자신에게 유리한 모험을 찾으려는 거부할 수 없는 열망을 갖고 있습니다. 펜실베니아 대학의 과학자들은 십대들의 신비한 두뇌와 그 안에서 일어나는 과정을 자세히 살펴보기로 결정했습니다. 우리는 그들이 보고서에서 무엇을 알아냈는지 알아냈습니다. 가다.

연구기반

모든 기술 장치와 신체의 모든 기관은 효과적으로 작동할 수 있는 고유한 아키텍처를 가지고 있습니다. 인간의 대뇌 피질은 단봉형부터 단봉형까지 기능적 계층 구조에 따라 구성됩니다. 감각 피질* 그리고 트랜스모달로 끝남 연관 피질*.

감각 피질*은 감각(눈, 혀, 코, 귀, 피부 및 전정계)에서 받은 정보를 수집하고 처리하는 대뇌 피질의 일부입니다.

연합 피질*은 계획된 움직임의 실행에 관여하는 뇌의 두정 피질의 일부입니다. 우리가 어떤 움직임을 수행하려고 할 때, 우리의 두뇌는 움직일 신체와 그 부분이 그 순간 어디에 있는지, 그리고 우리가 상호 작용하려는 외부 환경의 물체가 어디에 있는지 알아야 합니다. 예를 들어, 당신이 컵을 집고 싶어하는데, 당신의 두뇌는 이미 손과 컵 자체가 어디에 있는지 알고 있습니다.

이 기능적 계층 구조는 경로의 해부학적 구조에 의해 결정됩니다. 하얀 물질*, 동기화된 신경 활동을 조정하고 인식*.

하얀 물질* — 회백질이 뉴런으로 구성되어 있다면 백질은 미엘린으로 덮인 축삭으로 구성되어 있으며, 이를 통해 자극이 세포체에서 다른 세포 및 기관으로 전달됩니다.

인식* (인지) - 우리 주변 세계에 대한 새로운 지식 획득과 관련된 일련의 프로세스입니다.

영장류의 대뇌 피질의 진화와 인간 두뇌의 발달은 목표 지향적 확장과 트랜스모달 연관 영역의 리모델링을 특징으로 하며, 이는 정보의 감각적 표현 과정과 목표 달성을 위한 추상 규칙의 기초가 됩니다.

두뇌 발달 과정에는 많은 시간이 걸리며, 그 동안 시스템으로서 두뇌를 개선하는 많은 과정이 발생합니다. 수초화*, 시냅스 가지치기* 기타

수초화* - 희돌기교세포(신경계의 보조 세포의 일종)는 축삭의 하나 또는 다른 부분을 둘러싸고 있으며, 그 결과 하나의 희소돌기아교세포가 여러 뉴런과 동시에 통신합니다. 축삭이 더 활동적일수록 수초가 더 많이 형성되어 효율성이 증가합니다.

시냅스 가지치기* — 시냅스/뉴런의 수를 줄여 신경 시스템의 효율성을 높입니다. 불필요한 연결을 제거합니다. 즉, '양이 아닌 질'이라는 원칙을 구현한 것이다.

뇌가 발달하는 동안, 기능적 명세는 전달 연합 피질에서 형성되며, 이는 다음과 같은 고차 실행 기능의 발달에 직접적인 영향을 미칩니다. 작업 기억*, 인지적 유연성* и 억제 조절*.

작업 기억* - 정보의 임시 저장을 위한 인지 시스템. 이러한 유형의 기억은 지속적인 사고 과정에서 활성화되며 의사 결정 및 행동 반응 형성에 관여합니다.

인지적 유연성* - 한 생각에서 다른 생각으로 전환하거나 동시에 여러 가지를 생각하는 능력.

억제 제어* (억제 반응)은 특정 상황(외부 자극)에 대해 보다 적절한 반응을 구현하기 위해 자극에 대한 충동적인(자연적, 습관적 또는 지배적) 행동 반응을 억제하는 개인의 능력을 감독하는 실행 기능입니다.

뇌의 구조적 기능적 연결에 대한 연구는 꽤 오래 전에 시작되었습니다. 네트워크 이론의 출현으로 신경생물학적 시스템의 구조적 기능적 연결을 시각화하고 범주로 나누는 것이 가능해졌습니다. 핵심적으로 구조-기능 연결성은 뇌 영역 내의 해부학적 연결 분포가 동기화된 신경 활동을 지원하는 정도입니다.

서로 다른 시공간 규모에서 구조적 연결성과 기능적 연결성 측정 간에는 강한 관계가 발견되었습니다. 즉, 보다 현대적인 연구 방법을 통해 뇌의 특정 영역을 해당 영역의 연령 및 크기와 관련된 기능적 특성에 따라 분류하는 것이 가능해졌습니다.

그러나 과학자들은 현재 인간 두뇌 발달 중 백질 구조의 변화가 어떻게 신경 활동의 변동을 조정하는지에 대한 증거가 거의 없다고 말합니다.

구조적 기능 연결은 기능적 의사소통의 기초이며 피질 영역의 지역 간 백질 연결 프로필이 지역 간 기능 연결의 강도를 예측할 때 발생합니다. 즉, 백질의 활동이 뇌의 실행기능 활성화에 반영되어 구조적 기능적 연결의 강도를 평가할 수 있게 된다.

구조적 기능적 관계를 설명하기 위해 과학자들은 연구 중에 테스트된 세 가지 가설을 제시했습니다.

첫 번째 가설은 구조-기능 연결성이 피질 영역의 기능적 전문화를 반영할 것이라고 말합니다. 즉, 특수 감각 계층의 초기 발달을 결정하는 과정으로 인해 체성 감각 피질에서 구조-기능 연결성이 강력해질 것입니다. 대조적으로, 구조-기능 연결성은 트랜스모달 연관 피질에서 낮을 것이며, 여기서 기능적 의사소통은 급속한 진화 확장으로 인한 유전적, 해부학적 제약으로 인해 약화될 수 있습니다.

두 번째 가설은 발달 중 장기적인 활동 의존성 수초화에 기반을 두고 있으며 구조-기능 연결의 발달이 전달 연합 피질에 집중될 것이라고 말합니다.

세 번째 가설: 구조적 기능적 연결은 피질 영역의 기능적 전문화를 반영합니다. 그러므로 전두두정엽 연합 피질의 더 강력한 구조적 기능적 연결이 실행 기능 구현에 필요한 전문 계산에 포함될 것이라고 가정할 수 있습니다.

연구 결과

청소년의 구조-기능 연결성 발달을 특성화하기 위해 과학자들은 서로 다른 뇌 영역의 구조적 연결이 신경 활동의 조정된 변동을 지원하는 정도를 정량화했습니다.

727~8세 참가자 23명의 다중 모드 신경 영상 데이터를 사용하여 확률론적 확산 트랙토그래피를 수행하고 수행 중 각 피질 영역 쌍 사이의 기능적 연결성을 평가했습니다. n-back 작업*작업 기억 활동과 관련이 있습니다.

문제 n-back* - 뇌의 특정 영역의 활동을 자극하고 작업 기억을 테스트하는 기술입니다. 피험자에게는 다양한 자극(시각적, 청각적 등)이 제공됩니다. 그는 이 자극이나 저 자극이 n 위치 이전에 존재했는지 여부를 결정하고 표시해야 합니다. 예: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R(특정 문자가 3자리 앞에 나타나는 3백 문제).

휴식 상태의 기능적 연결성은 신경 활동의 자발적인 변동을 반영합니다. 그러나 작업 기억 작업 중에 기능적 연결성은 실행 기능과 관련된 특정 신경 연결 또는 집단을 향상시킬 수 있습니다.

이미지 #1: 인간 두뇌의 구조적 기능적 연결성을 측정합니다.

구조적 및 기능적 뇌 네트워크의 노드는 연구 참가자의 MRI 데이터의 기능적 동질성을 기반으로 하는 400개 영역의 피질 구획을 사용하여 식별되었습니다. 각 연구 참가자에 대해 구조적 또는 기능적 연결 매트릭스의 각 행에서 지역 연결 프로필을 추출하고 하나의 신경망 노드에서 다른 모든 노드까지의 연결 강도 벡터로 표시했습니다.

우선, 과학자들은 구조적 기능적 연결의 공간적 분포가 피질 조직의 기본 특성과 일치하는지 확인했습니다.

이미지 #2

지역적 구조적 연결 프로파일과 기능적 연결 프로파일 사이의 관계가 피질 전반에 걸쳐 크게 다양하다는 점은 주목할 가치가 있습니다(2A). 일차 감각 및 내측 전두엽 피질에서 더 강한 연결이 관찰되었습니다. 그러나 측면, 측두엽 및 전두엽 영역에서는 연결이 매우 약했습니다.

구조적 기능적 연결성과 기능적 전문화 사이의 관계를 보다 이해하기 쉽게 평가하기 위해 "참여" 계수가 계산되었습니다. 이는 뇌의 기능적으로 전문화된 영역 간의 연결성의 정량적 결정을 그래픽으로 표현한 것입니다. 각 뇌 영역은 7개의 고전적인 기능적 신경망에 할당되었습니다. 참여 계수가 높은 뇌의 신경 노드는 서로 다른 모듈 간 연결(뇌 영역 간 연결)을 나타내므로 영역 간 정보 전달 과정과 그 역학에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 참여율이 낮은 노드는 여러 영역 사이가 아닌 뇌 영역 자체 내에서 더 많은 로컬 연결을 보여줍니다. 간단히 말해서, 계수가 높으면 뇌의 서로 다른 영역이 활발하게 상호작용하고, 낮으면 주변 영역과 연결되지 않고 해당 영역 내에서 활동이 발생합니다(2C).

다음으로, 구조적 기능적 연결성의 가변성과 거시적 규모 기능 계층 간의 관계를 평가했습니다. 구조적 기능적 연결성은 기능적 연결성의 기본 기울기와 크게 일치합니다. 단봉 감각 영역은 상대적으로 강한 구조적 기능적 연결성을 보이는 반면, 기능적 계층 구조의 최상위에 있는 트랜스모달 영역은 약한 연결성을 나타냅니다.2D).

또한 구조적 기능적 관계와 피질 표면적의 진화적 확장 사이에는 강한 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌습니다(2E). 고도로 보존된 감각 영역은 상대적으로 강한 구조-기능 연결성을 갖는 반면, 고도로 확장된 트랜스모달 영역은 연결성이 약했습니다. 이러한 관찰은 구조-기능 연결성이 기능적 전문화와 진화적 확장의 피질 계층 구조를 반영한다는 가설을 완전히 뒷받침합니다.

이미지 #3

과학자들은 이전 연구가 주로 성인 뇌의 구조적 기능적 연결성을 연구하는 데 중점을 두었음을 다시 한번 상기시킵니다. 같은 연구에서는 아직 발달 과정에 있는 뇌에 대한 연구에 중점을 두었습니다. 청소년 뇌 연구에 대해

청소년기 뇌에서는 연령과 관련된 구조적 기능적 연결의 차이가 외측 측두엽, 하두정엽, 전전두엽 피질에 걸쳐 널리 분포되어 있는 것으로 나타났습니다.3А). 연결성 향상은 피질 영역 전체에 불균형적으로 분포되었습니다. 기능적으로 분리된 피질 영역의 독특한 하위 집합에 존재했습니다(3V), 이는 성인 뇌에서는 관찰되지 않았습니다.

구조적 기능적 연결성의 연령 차이의 크기는 기능적 참여율과 높은 상관관계가 있었습니다(3S) 및 기능적 기울기(3D).

구조적 기능적 연결의 연령 관련 차이의 공간적 분포는 피질의 진화적 확장과도 일치했습니다. 연령과 관련된 연결성 증가는 확장된 연합 피질에서 관찰된 반면, 연령과 관련된 연결성 감소는 고도로 보존된 감각운동 피질에서 관찰되었습니다.3E).

연구의 다음 단계에서는 294명의 참가자가 첫 번째 뇌 검사 이후 1.7년 후에 두 번째 뇌 검사를 받았습니다. 이러한 방식으로 구조적 기능적 연결의 연령 관련 변화와 개인 내 발달 변화 사이의 관계를 결정하는 것이 가능했습니다. 이를 위해 구조적 기능적 연결성의 종단적 변화를 평가했습니다.

이미지 #4

구조적 기능적 연결성의 단면적 및 종단적 연령 관련 변화 사이에는 상당한 일치가 있었습니다.4А).

구조적 연결성과 기능적 연결성의 종단적 변화 사이의 관계를 테스트하려면(4B) 및 기능적 참여율의 종단적 변화(4S) 선형 회귀가 사용되었습니다. 연결성의 종방향 변화는 등쪽 및 내측 전전두엽 피질, 하두정엽 피질, 외측 측두엽 피질을 포함하는 분포된 고차 연합 영역에서 기능적 참여 비율의 종방향 변화와 일치하는 것으로 밝혀졌습니다.4D).

이미지 #5

그런 다음 과학자들은 행동에 대한 구조적 기능적 연결의 개인차가 미치는 영향을 이해하려고 노력했습니다. 특히 작업 메모리 작업 중 구조적 기능적 연결이 실행 성능을 설명할 수 있는지 여부가 있습니다. 실행 기능의 개선은 앞가쪽 전전두엽 피질, 후대상 피질 및 내측 후두 피질의 더 강한 구조적 기능적 연결성과 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다.5A).

위에서 설명한 관찰 결과는 몇 가지 주요 결론으로 ​​이어집니다. 첫째, 구조적 기능적 연결의 지역적 변화는 특정 뇌 영역이 담당하는 기능의 복잡성에 반비례합니다. 단순한 감각 정보(예: 시각적 신호)를 전문적으로 처리하는 뇌 부분에서 더 강력한 구조-기능 연결이 발견되었습니다. 그리고 보다 복잡한 프로세스(실행 기능 및 억제 제어)에 관여하는 뇌 영역은 구조적 기능적 연결성이 낮았습니다.

구조적 기능적 연결성은 영장류에서 관찰되는 뇌의 진화적 확장과도 일치하는 것으로 밝혀졌습니다. 인간, 영장류 및 원숭이 뇌에 대한 이전의 비교 연구에서는 감각 영역(예: 시각 시스템)이 영장류 종들 사이에서 고도로 보존되어 있으며 최근 진화 과정에서 크게 확장되지 않은 것으로 나타났습니다. 그러나 뇌의 연합 영역(예: 전두엽 피질)은 상당히 확장되었습니다. 아마도 이러한 확장은 인간의 복잡한 인지 능력의 출현에 직접적인 영향을 미쳤을 것입니다. 진화 과정에서 급속히 확장된 뇌 영역은 구조적, 기능적 연결성이 약한 반면, 단순한 감각 영역은 더 강한 연결성을 갖는 것으로 밝혀졌습니다.

어린이와 청소년의 경우, 억제 기능(즉, 자기 통제)을 담당하는 뇌의 전두엽 영역에서 구조적 기능적 연결이 상당히 활발하게 증가합니다. 따라서 이러한 영역에서 구조적 기능적 연결성의 장기적인 개발은 성인기까지 계속되는 과정인 실행 기능과 자기 통제를 향상시킬 수 있습니다.

연구의 뉘앙스를 더 자세히 살펴보려면 다음을 살펴보는 것이 좋습니다. 과학자 보고서 и 추가 자료 그에게.

커튼콜

인간의 두뇌는 언제나 인류의 가장 큰 미스터리 중 하나였으며 앞으로도 그럴 것입니다. 이는 많은 기능을 수행하고, 많은 프로세스를 제어하고, 엄청난 양의 정보를 저장해야 하는 믿을 수 없을 정도로 복잡한 메커니즘입니다. 많은 부모들에게 십대 자녀의 두뇌보다 더 신비한 것은 없습니다. 그들의 행동은 때때로 논리적이거나 건설적이라고 부르기가 어렵지만 이는 생물학적 발달과 사회 형성 과정으로 설명됩니다.

물론 뇌의 특정 영역의 구조적, 기능적 연결의 변화와 호르몬 변화의 영향은 젊은이들의 독특한 행동에 대한 과학적 정당화가 될 수 있지만 이것이 지시가 필요하지 않다는 의미는 아닙니다. 인간은 본질적으로 비사회적 존재가 아니다. 누군가가 다른 사람을 피한다면 그것은 확실히 우리의 생물학적 성향 때문이 아닙니다. 그러므로 자녀의 삶에 부모가 적극적으로 참여하는 것은 자녀 발달의 매우 중요한 측면입니다.

세 살이 되어도 아이는 이미 자신의 성격, 욕망, 주변 세계에 대한 자신의 견해를 가진 개인이라는 점을 이해하는 것도 가치가 있습니다. 부모는 아이에게 보이지 않게 되어 아이를 자유롭게 놓아서는 안 되지만, 철근 콘크리트 벽으로 변해 세상에 대한 지식으로부터 아이를 보호해서는 안 됩니다. 밀어야 할 곳, 억제해야 할 곳, 완전한 자유를 주어야 할 곳, 부모의 권위를 보여주는 곳에서는 아이가 이에 만족하지 않더라도 단호하게 "아니요"라고 말해야합니다.

부모가 되는 것도 힘든데, 좋은 부모가 되는 것은 더욱 어렵다. 그러나 십대가 되는 것은 그리 쉬운 일이 아니다. 신체는 외부적으로 변하고, 뇌도 변하고, 환경도 변하고(학교도 있었고 지금은 대학도), 삶의 리듬도 변합니다. 오늘날의 삶은 종종 느림이 용납되지 않는 포뮬러 1과 유사합니다. 그러나 빠른 속도에는 큰 위험이 따르기 때문에 경험이 없는 라이더는 다칠 수 있습니다. 부모의 임무는 자녀의 미래를 두려워하지 않고 침착하게 미래의 세계로 풀어줄 수 있도록 자녀의 코치가되는 것입니다.

일부 부모는 자신이 다른 사람보다 더 똑똑하다고 생각하고, 일부는 인터넷이나 이웃으로부터 듣는 모든 조언을 실행할 준비가 되어 있으며, 일부는 육아의 모든 복잡성에 대해 단순히 "보라색"입니다. 사람마다 다르지만 인간의 두뇌에서도 각 부분 간의 소통이 중요한 것처럼, 교육에서도 부모와 자녀 간의 소통이 가장 중요한 역할을 합니다.

읽어주셔서 감사합니다. 호기심을 갖고 즐거운 주말 보내세요! 🙂

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출처 : habr.com