Vienas paslaptingiausių ir iki galo nesuprantamų „reiškinių“ yra žmogaus smegenys. Daug klausimų sukasi apie šį sudėtingą organą: kodėl sapnuojame, kaip emocijos veikia sprendimų priėmimą, kurios nervinės ląstelės atsakingos už šviesos ir garso suvokimą, kodėl vieni mėgsta šprotus, o kiti – alyvuoges? Visi šie klausimai susiję su smegenimis, nes jos yra pagrindinis žmogaus kūno procesorius. Daugelį metų mokslininkai ypatingą dėmesį skyrė žmonių, kurie kažkaip išsiskyrė iš minios (nuo savamokslių genijų iki apskaičiuojančių psichopatų), smegenims. Tačiau yra kategorija žmonių, kurių neįprastas elgesys siejamas su jų amžiumi – paaugliai. Daugelis paauglių turi padidintą prieštaravimo jausmą, nuotykių dvasią ir nenugalimą troškimą rasti jiems naudingų nuotykių. Pensilvanijos universiteto mokslininkai nusprendė atidžiau pažvelgti į paslaptingąsias paauglių smegenis ir jose vykstančius procesus. Apie tai, ką jiems pavyko sužinoti, sužinome iš savo ataskaitos. Eik.
Tyrimo pagrindas
Bet kuris technologijos prietaisas ir bet kuris kūno organas turi savo architektūrą, leidžiančią jiems efektyviai dirbti. Žmogaus smegenų žievė yra organizuota pagal funkcinę hierarchiją, pradedant nuo unimodalinės jutiminė žievė* ir baigiant transmodaliniu asociacijos žievė*.
Jutiminė žievė* – tai smegenų žievės dalis, atsakinga už informacijos, gaunamos iš jutimų (akių, liežuvio, nosies, ausų, odos ir vestibuliarinės sistemos), rinkimą ir apdorojimą.
Asociacinė žievė* yra parietalinės smegenų žievės dalis, dalyvaujanti atliekant suplanuotus judesius. Kai ruošiamės atlikti bet kokį judesį, mūsų smegenys turi žinoti, kur tą sekundę yra kūnas ir jo dalys, kurios judės, taip pat kur yra išorinės aplinkos objektai, su kuriais planuojame sąveikauti. Pavyzdžiui, norite pasiimti puodelį, o jūsų smegenys jau žino, kur yra ranka ir pats puodelis.
Šią funkcinę hierarchiją lemia takų anatomija baltoji medžiaga*, kurios koordinuoja sinchronizuotą nervų veiklą ir pažinimas*.
Baltoji medžiaga* — jei pilkoji medžiaga susideda iš neuronų, tai baltoji medžiaga susideda iš mielinu padengtų aksonų, kuriais iš ląstelės kūno impulsai perduodami į kitas ląsteles ir organus.
pažinimas* (pažinimas) – procesų visuma, susijusi su naujų žinių apie mus supantį pasaulį įgijimu.
Primatų smegenų žievės evoliucijai ir žmogaus smegenų vystymuisi būdingas į tikslą nukreiptas transmodalinių asociatyvinių zonų plėtimasis ir pertvarkymas, kurie yra juslinio informacijos vaizdavimo procesų ir abstrakčių tikslų siekimo taisyklių pagrindas.
Smegenų vystymosi procesas užima daug laiko, kurio metu vyksta daug smegenų kaip sistemos tobulinimo procesų: mielinizacija*, sinapsinis genėjimas* ir tt
Mielinizacija* - oligodendrocitai (tam tikra nervų sistemos pagalbinių ląstelių rūšis) apgaubia vieną ar kitą aksono dalį, dėl to vienas oligodendrocitas vienu metu bendrauja su keliais neuronais. Kuo aktyvesnis aksonas, tuo jis labiau mielinizuotas, nes tai padidina jo efektyvumą.
Sinaptinis genėjimas* — sinapsių/neuronų skaičiaus mažinimas, siekiant padidinti neurosistemos efektyvumą, t.y. atsikratyti nereikalingų ryšių. Kitaip tariant, tai yra principo „ne pagal kiekybę, o pagal kokybę“ įgyvendinimas.
Vystantis smegenims, transmodalinės asociacijos žievėje formuojasi funkcinė specifikacija, kuri tiesiogiai veikia aukštesnės eilės vykdomųjų funkcijų vystymąsi, pvz. darbinė atmintis*, pažintinis lankstumas* и slopinanti kontrolė*.
Darbinė atmintis* - pažintinė sistema, skirta laikinai saugoti informaciją. Šio tipo atmintis aktyvuojama vykstant mąstymo procesams ir dalyvauja priimant sprendimus bei formuojant elgesio atsakymus.
Kognityvinis lankstumas* - gebėjimas pereiti nuo vienos minties prie kitos ir/arba galvoti apie kelis dalykus vienu metu.
Slopinamoji kontrolė* (slopinimo atsakas) yra vykdomoji funkcija, prižiūrinti asmens gebėjimą slopinti savo impulsyvias (natūralias, įprastas ar dominuojančias) elgesio reakcijas į dirgiklius, kad būtų įgyvendintas tinkamesnis atsakas į konkrečią situaciją (išorinis dirgiklis).
Smegenų struktūrinių-funkcinių ryšių tyrimas pradėtas gana seniai. Atsiradus tinklų teorijai, atsirado galimybė vizualizuoti struktūrinius-funkcinius ryšius neurobiologinėse sistemose ir suskirstyti jas į kategorijas. Struktūros ir funkcijos ryšys iš esmės yra laipsnis, kuriuo anatominių jungčių pasiskirstymas smegenų srityje palaiko sinchronizuotą nervų veiklą.
Buvo nustatytas stiprus ryšys tarp struktūrinio ir funkcinio ryšio matavimų skirtingose spatiotemporal skalėse. Kitaip tariant, modernesni tyrimo metodai leido suskirstyti tam tikras smegenų sritis pagal jų funkcines charakteristikas, susijusias su srities amžiumi ir dydžiu.
Tačiau mokslininkai teigia, kad šiuo metu yra mažai įrodymų, kaip baltosios medžiagos architektūros pokyčiai žmogaus smegenų vystymosi metu palaiko koordinuotus nervų veiklos svyravimus.
Struktūrinis-funkcinis ryšys yra funkcinio ryšio pagrindas ir atsiranda, kai žievės regiono tarpregioninis baltosios medžiagos ryšio profilis numato tarpregioninio funkcinio ryšio stiprumą. Tai yra, baltosios medžiagos aktyvumas atsispindės smegenų vykdomųjų funkcijų aktyvavime, todėl bus galima įvertinti struktūrinio-funkcinio ryšio stiprumo laipsnį.
Norėdami apibūdinti struktūrinį ir funkcinį ryšį, mokslininkai iškėlė tris hipotezes, kurios buvo patikrintos tyrimo metu.
Pirmoji hipotezė teigia, kad struktūros ir funkcijos ryšys atspindės žievės regiono funkcinę specializaciją. Tai yra, struktūros ir funkcijos ryšys bus stiprus somatosensorinėje žievėje dėl procesų, lemiančių ankstyvą specializuotų jutimo hierarchijų vystymąsi. Priešingai, struktūros ir funkcijų ryšys bus mažas transmodalinės asociacijos žievėje, kur funkcinis ryšys gali susilpnėti dėl genetinių ir anatominių suvaržymų dėl greitos evoliucinės plėtros.
Antroji hipotezė grindžiama ilgalaike nuo veiklos priklausoma mielinizacija vystymosi metu ir teigia, kad struktūros ir funkcijos jungčių vystymasis bus sutelktas transmodalinės asociacijos žievėje.
Trečia hipotezė: struktūrinis-funkcinis ryšys atspindi žievės srities funkcinę specializaciją. Todėl galima daryti prielaidą, kad stipresnis struktūrinis-funkcinis ryšys frontoparietalinėje asociacijos žievėje bus įtrauktas į specializuotus skaičiavimus, būtinus vykdomosioms funkcijoms įgyvendinti.
Tyrimo rezultatai
Norėdami apibūdinti paauglių struktūros ir funkcijų ryšio vystymąsi, mokslininkai kiekybiškai įvertino, kokiu mastu struktūriniai ryšiai skirtinguose smegenų regionuose palaiko koordinuotus nervų veiklos svyravimus.
Naudojant 727 dalyvių nuo 8 iki 23 metų multimodalinio neurovaizdavimo duomenis, buvo atlikta tikimybinė difuzinė traktografija ir įvertintas funkcinis ryšys tarp kiekvienos žievės regionų poros. „n-back“ užduotys*susijęs su darbinės atminties veikla.
Problema n-back* - tam tikrų smegenų sričių aktyvumo stimuliavimo ir darbinės atminties tikrinimo technika. Tiriamajam suteikiama daug dirgiklių (vaizdinių, garsinių ir kt.). Jis turi nustatyti ir nurodyti, ar tas ar kitas dirgiklis buvo prieš n pozicijų. Pavyzdžiui: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R (3 nugaros problema, kur tam tikra raidė pasirodė 3 pozicijomis anksčiau).
Ramybės būsenos funkcinis ryšys atspindi spontaniškus nervų veiklos svyravimus. Tačiau atliekant darbinės atminties užduotį funkcinis ryšys gali sustiprinti specifinius neuroninius ryšius arba populiacijas, susijusias su vykdomosiomis funkcijomis.
1 paveikslas: žmogaus smegenų struktūrinio ir funkcinio ryšio matavimas.
Struktūrinių ir funkcinių smegenų tinklų mazgai buvo nustatyti naudojant 400 plotų žievės skaidymą, pagrįstą funkciniu homogeniškumu tyrimo dalyvių MRT duomenimis. Kiekvienam tyrimo dalyviui regioniniai jungiamumo profiliai buvo išgauti iš kiekvienos struktūrinės ar funkcinės ryšio matricos eilutės ir pavaizduoti kaip ryšio stiprumo vektoriai iš vieno neuroninio tinklo mazgo į visus kitus mazgus.
Pirmiausia mokslininkai patikrino, ar struktūrinių ir funkcinių ryšių erdvinis pasiskirstymas sutampa su pagrindinėmis žievės organizacijos savybėmis.
2 vaizdas
Verta paminėti, kad ryšys tarp regioninių struktūrinių ir funkcinių ryšio profilių žievėje labai skyrėsi (2A). Stipresni ryšiai buvo pastebėti pirminėje jutiminėje ir medialinėje prefrontalinėje žievėje. Tačiau šoninėje, laikinojoje ir frontoparietalinėje srityse ryšys buvo gana silpnas.
Kad būtų suprantamiau įvertinti ryšį tarp struktūrinio-funkcinio jungiamumo ir funkcinės specializacijos, buvo apskaičiuotas „dalyvavimo“ koeficientas, kuris yra grafinis kiekybinio ryšio tarp funkciškai specializuotų smegenų sričių nustatymo vaizdas. Kiekvienas smegenų regionas buvo priskirtas septyniems klasikiniams funkciniams neuroniniams tinklams. Smegenų neuroniniai mazgai, turintys aukštą dalyvavimo koeficientą, demonstruoja skirtingus tarpmodulinius ryšius (smegenų regionų ryšius), todėl gali turėti įtakos informacijos perdavimo tarp regionų procesams, taip pat jų dinamikai. Tačiau mazgai su mažu dalyvavimo lygiu rodo daugiau vietinių ryšių pačiame smegenų regione, o ne tarp kelių regionų. Paprasčiau tariant, jei koeficientas yra didelis, skirtingos smegenų sritys aktyviai sąveikauja viena su kita; jei jis mažas, aktyvumas vyksta toje srityje be ryšio su kaimyninėmis (2C).
Toliau buvo įvertintas ryšys tarp struktūrinio-funkcinio jungiamumo kintamumo ir makro masto funkcinės hierarchijos. Struktūrinis ir funkcinis ryšys iš esmės sutampa su pagrindiniu funkcinio ryšio gradientu: unimodalinės jutimo sritys rodo gana stiprų struktūrinį ir funkcinį ryšį, o transmodalinės zonos funkcinės hierarchijos viršuje rodo silpnesnį ryšį (2D).
Taip pat buvo nustatyta, kad yra stiprus ryšys tarp struktūrinio ir funkcinio ryšio ir evoliucinio žievės paviršiaus ploto plėtimosi (2E). Labai konservuotos jutimo zonos turėjo santykinai stiprų struktūros ir funkcijų ryšį, o labai išsiplėtusios transmodalinės zonos turėjo silpnesnį ryšį. Tokie stebėjimai visiškai patvirtina hipotezę, kad struktūros ir funkcijos ryšys yra funkcinės specializacijos ir evoliucinės plėtros žievės hierarchijos atspindys.
3 vaizdas
Mokslininkai dar kartą primena, kad ankstesni tyrimai daugiausia buvo skirti suaugusiųjų smegenų struktūrinio ir funkcinio ryšio tyrimams. Tame pačiame darbe buvo akcentuojamas smegenų tyrimas, kuris dar tik vystosi, t.y. apie paauglių smegenų tyrimą.
Nustatyta, kad paauglių smegenyse su amžiumi susiję struktūrinių ir funkcinių ryšių skirtumai buvo plačiai pasiskirstę šoninėje laikinojoje, apatinėje parietalinėje ir prefrontalinėje žievėje.3А). Ryšio patobulinimai buvo neproporcingai paskirstyti žievės regionuose, pvz. buvo unikaliame funkciškai atskirtų žievės sričių pogrupyje (3V), kurio nepastebėta suaugusiųjų smegenyse.
Struktūrinio ir funkcinio ryšio amžiaus skirtumų dydis labai koreliavo su funkciniu dalyvavimu (3S) ir funkcinis gradientas (3D).
Su amžiumi susijusių struktūrinių ir funkcinių ryšių skirtumų erdvinis pasiskirstymas taip pat atitiko evoliucinį žievės plėtimąsi. Su amžiumi susijęs ryšio padidėjimas buvo pastebėtas išplėstinėje asociacijos žievėje, o su amžiumi susijęs ryšio sumažėjimas buvo pastebėtas labai konservuotoje sensomotorinėje žievėje (3E).
Kitame tyrimo etape 294 dalyviams buvo atliktas antras smegenų tyrimas praėjus 1.7 metų po pirmojo. Tokiu būdu buvo galima nustatyti ryšį tarp su amžiumi susijusių struktūrinio-funkcinio ryšio pokyčių ir intraindividualių raidos pokyčių. Šiuo tikslu buvo įvertinti išilginiai struktūrinio-funkcinio ryšio pokyčiai.
4 vaizdas
Buvo reikšmingas atitikimas tarp skerspjūvio ir išilginių su amžiumi susijusių struktūrinio ir funkcinio ryšio pokyčių (4А).
Išbandyti ryšį tarp išilginių struktūrinio ir funkcinio ryšio pokyčių (4B) ir išilginiai funkcinio dalyvavimo lygio pokyčiai (4S) buvo naudojama tiesinė regresija. Nustatyta, kad išilginiai jungiamumo pokyčiai atitinka išilginius funkcinio dalyvavimo santykio pokyčius paskirstytose aukšto laipsnio asociacijų srityse, įskaitant nugaros ir vidurinę priekinę žievę, apatinę parietalinę žievę ir šoninę laikinąją žievę.4D).
5 vaizdas
Tada mokslininkai siekė suprasti individualių struktūrinio ir funkcinio ryšio skirtumų pasekmes elgesiui. Tiksliau, ar struktūrinis-funkcinis ryšys atliekant darbinės atminties užduotį gali paaiškinti vykdomąjį našumą. Nustatyta, kad vykdomosios valdžios pagerėjimas yra susijęs su stipresniu struktūriniu ir funkciniu ryšiu rostrolateralinėje prefrontalinėje žievėje, užpakalinėje cingulinėje žievėje ir medialinėje pakaušio žievėje.5A).
Aukščiau aprašytų stebėjimų visuma leidžia daryti keletą pagrindinių išvadų. Pirma, regioniniai struktūrinio ir funkcinio ryšio pokyčiai yra atvirkščiai proporcingi funkcijos, už kurią atsakingas tam tikras smegenų regionas, sudėtingumui. Stipresnis struktūros ir funkcijų ryšys buvo nustatytas tose smegenų dalyse, kurios specializuojasi apdoroti paprastą jutiminę informaciją (pvz., vaizdinius signalus). Ir smegenų regionai, dalyvaujantys sudėtingesniuose procesuose (vykdomoji funkcija ir slopinimo kontrolė), turėjo mažesnį struktūrinį ir funkcinį ryšį.
Taip pat nustatyta, kad struktūrinis ir funkcinis ryšys atitinka primatų smegenų evoliucinį išsiplėtimą. Ankstesni lyginamieji žmonių, primatų ir beždžionių smegenų tyrimai parodė, kad jutimo sritys (pvz., regos sistema) tarp primatų rūšių yra labai konservuotos ir per pastarąją evoliuciją nelabai išsiplėtė. Tačiau smegenų asociacijos sritys (pavyzdžiui, prefrontalinė žievė) smarkiai išsiplėtė. Galbūt šis išsiplėtimas tiesiogiai paveikė sudėtingų pažinimo gebėjimų atsiradimą žmonėms. Buvo nustatyta, kad smegenų sritys, kurios evoliucijos metu sparčiai plėtėsi, turėjo silpnesnį struktūrinį ir funkcinį ryšį, o paprastos jutimo sritys turėjo stipresnį ryšį.
Vaikams ir paaugliams struktūrinis-funkcinis ryšys gana aktyviai didėja priekinėse smegenų srityse, kurios atsakingos už slopinimo funkciją (t.y. savikontrolę). Taigi ilgalaikis struktūrinio ir funkcinio ryšio plėtojimas šiose srityse gali pagerinti vykdomąją funkciją ir savikontrolę – procesas, kuris tęsiasi ir suaugus.
Norint detaliau pažvelgti į tyrimo niuansus, rekomenduoju pasidomėti и jam.
Epilogas
Žmogaus smegenys visada buvo ir ilgai bus viena didžiausių žmonijos paslapčių. Tai neįtikėtinai sudėtingas mechanizmas, turintis atlikti daugybę funkcijų, valdyti daugybę procesų ir saugoti didžiulius kiekius informacijos. Daugeliui tėvų nėra nieko paslaptingesnio už jų paauglių vaikų smegenis. Jų elgesį kartais sunku pavadinti logišku ar konstruktyviu, tačiau tai paaiškinama jų biologinio vystymosi ir socialinio formavimosi procesu.
Žinoma, tam tikrų smegenų sričių struktūrinių ir funkcinių ryšių pakitimai bei hormoninių pokyčių įtaka gali būti mokslinis savito jaunuolių elgesio pagrindimas, tačiau tai nereiškia, kad jų nereikia nukreipti. Žmogus iš prigimties nėra asociali būtybė. Jei kas nors vengia kitų žmonių, tai tikrai ne dėl mūsų biologinio polinkio. Todėl aktyvus tėvų dalyvavimas savo vaikų gyvenime yra nepaprastai svarbus jų raidos aspektas.
Taip pat verta suprasti, kad net sulaukęs trejų metų vaikas jau yra individas, turintis savo charakterį, savo troškimus ir savo požiūrį į jį supantį pasaulį. Tėvai neturi tapti savo vaikui nematomi, paleisti jį laisvai, tačiau jis neturi virsti gelžbetonine siena, saugančia jį nuo pasaulio pažinimo. Kai kur reikia stumti, kai kur susilaikyti, kažkur duoti visišką laisvę, o kai kur, rodant tėvų valdžią, reikia pasakyti tvirtą „ne“, net jei vaikas tuo nepatenkintas.
Būti tėvais sunku, būti geru tėvu dar sunkiau. Tačiau būti paaugliu nėra taip paprasta. Išoriškai keičiasi kūnas, keičiasi smegenys, aplinka (buvo mokykla, o dabar universitetas), keičiasi gyvenimo ritmas. Šiais laikais gyvenimas dažnai primena Formulę 1, kurioje lėtumui vietos nėra. Tačiau didelis greitis kelia didelę riziką, todėl nepatyręs motociklininkas gali susižaloti. Tėvų užduotis – tapti savo vaiko treneriu, kad ateityje ramiai paleistų jį į pasaulį, nesibaiminant dėl savo ateities.
Kai kurie tėvai laiko save protingesniais už kitus, kai kurie yra pasirengę įgyvendinti bet kokius internete ar iš kaimyno išgirstus patarimus, o kai kurie tiesiog „violetiški“ žiūri į visas auklėjimo subtilybes. Žmonės yra skirtingi, bet kaip žmogaus smegenyse svarbus bendravimas tarp jo dalių, tėvų ir jų vaikų bendravimas atlieka vieną svarbiausių vaidmenų ugdyme.
Ačiū, kad skaitėte, būkite smalsūs ir gero savaitgalio vaikinai! 🙂
Kai kurie skelbimai 🙂
Dėkojame, kad likote su mumis. Ar jums patinka mūsų straipsniai? Norite pamatyti įdomesnio turinio? Palaikykite mus pateikdami užsakymą ar rekomenduodami draugams, , unikalus pradinio lygio serverių analogas, kurį mes sugalvojome jums: (galima su RAID1 ir RAID10, iki 24 branduolių ir iki 40 GB DDR4).
„Dell R730xd“ 2 kartus pigiau „Equinix Tier IV“ duomenų centre Amsterdame? Tik čia Olandijoje! „Dell R420“ – 2 x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gbps 100 TB – nuo 99 USD! Skaityti apie
Šaltinis: www.habr.com