Een van de meest mysterieuze en nog niet volledig ontdekte 'verschijnselen' is de menselijke hersenen. Rondom dit complexe orgaan draaien talloze vragen: waarom dromen we, hoe beĆÆnvloeden emoties onze besluitvorming, welke zenuwcellen zijn verantwoordelijk voor het waarnemen van licht en geluid, waarom houdt de een van ansjovis en heeft de ander een voorliefde voor olijven? Al deze vragen hebben betrekking op de hersenen, aangezien deze de centrale processor van het menselijke lichaam zijn. Jarenlang hebben wetenschappers bijzondere aandacht besteed aan de hersenen van mensen die op de een of andere manier opvielen in de menigte (van autodidactische genieĆ«n tot berekende psychopaten). Maar er is een categorie mensen wiens ongebruikelijke gedrag verband houdt met hun leeftijd ā tieners. Veel tieners hebben een scherp gevoel voor tegenstrijdigheid, een avontuurlijke geest en een onbedwingbare drang om avontuur te zoeken. Wetenschappers van de Universiteit van Pennsylvania hebben besloten de mysterieuze hersenen van tieners en de processen die daarin plaatsvinden eens goed te bekijken. Wat ze hebben ontdekt, zullen we uit hun rapport vernemen. Laten we beginnen.
De basis van het onderzoek
Elk apparaat in de techniek en elk orgaan in het lichaam heeft zijn eigen architectuur die hen in staat stelt efficiƫnt te functioneren. De cortex van de menselijke hersenen is georganiseerd volgens een functionele hiƫrarchie, te beginnen bij de unimodale sensorische schors* en eindigend bij de transmodale associatieve schors*.
De sensorische schors van de hersenen* is het gedeelte van de hersenschors dat verantwoordelijk is voor het verzamelen en verwerken van informatie die van de zintuigen komt (ogen, tong, neus, oren, huid en het vestibulaire systeem).
De associatieve schors* is een onderdeel van de pariƫtale schors van de hersenen dat betrokken is bij het uitvoeren van geplande bewegingen. Wanneer we van plan zijn een bepaalde beweging uit te voeren, moet onze hersenen weten waar ons lichaam en de delen daarvan zich op dat moment bevinden, evenals waar de objecten in de omgeving zijn waarmee we van plan zijn te interageren. Bijvoorbeeld, als je een kopje wilt oppakken, weet je hersenen al waar je hand en het kopje zich bevinden.
Zo'n functionele hiƫrarchie is te wijten aan de anatomie van de paden witte stof*, die de gecoƶrdineerde neuronale activiteit en cognitie*.
Witte stof* ā als grijze substantie uit neuronen bestaat, dan bestaat witte substantie uit myeline-omhulsel axonen, waarlangs impulsen van het cellichaam naar andere cellen en organen worden overgebracht.
Cognitie* (kennis) ā een verzamelbegrip voor processen die verband houden met het verwerven van nieuwe kennis over de wereld om ons heen.
De evolutie van de hersenschors bij primaten en de ontwikkeling van de menselijke hersenen worden gekenmerkt door doelgerichte uitbreiding en herstructurering van transmodale associatieve gebieden, die de basis vormen voor de processen van sensorische representatie van informatie en abstracte regels voor het bereiken van doelen.
Het ontwikkelingsproces van de hersenen duurt enige tijd, waarin een aantal processen plaatsvinden voor de verbetering van de hersenen als systeem: myelinisatie*, synaptische pruning* enzovoorts.
Myelinisatie* ā oligodendrocyten (een type ondersteunende cellen van het zenuwstelsel) wikkelen een bepaalde sectie van een axon, waardoor Ć©Ć©n oligodendrocyt direct met meerdere neuronen wordt verbonden. Hoe actiever een axon is, des te sterker de myelinisatie, omdat dit de effectiviteit verhoogt.
Synaptische pruning* ā de vermindering van het aantal synapsen/neuroenen om de efficiĆ«ntie van het zenuwsysteem te verhogen, d.w.z. het elimineren van overbodige verbindingen. Met andere woorden, het is de uitvoering van het principe "niet door kwantiteit, maar door kwaliteit".
In de periode van hersenontwikkeling wordt een functionele specificatie gevormd in de transmodale associatieve cortex, wat directe invloed heeft op de ontwikkeling van hogere executieve functies, zoals werkgeheugen*, cognitieve flexibiliteit* en inhibitorische controle*.
Werkgeheugen* ā een cognitief systeem voor tijdelijke informatie-opslag. Dit type geheugen wordt geactiveerd tijdens huidige denkprocessen en speelt een rol bij besluitvorming en het vormen van gedragsreacties.
Cognitieve flexibiliteit* ā het vermogen om van de ene gedachte naar de andere over te schakelen en/of verschillende dingen tegelijkertijd te overdenken.
Inhibitorische controle* (remreactie) ā een uitvoerende functie die de mogelijkheid van een persoon reguleert om zijn impulsieve (natuurlijke, gebruikelijke of dominante) gedragsreacties op stimuli te onderdrukken om een meer geschikte reactie op een specifieke situatie (externe stimulus) mogelijk te maken.
Het onderzoek naar de structureel-functionele connecties van de hersenen is al geruime tijd aan de gang. Met de komst van netwerktheorie werd het mogelijk om structureel-functionele verbindingen in neurobiologische systemen te visualiseren en deze in categorieƫn te verdelen. In feite is een structureel-functionele verbinding de mate waarin de verdeling van anatomische connecties in een hersengebied gesynchroniseerde neuronale activiteit ondersteunt.
Er is een sterke verbinding vastgesteld tussen de structurele en functionele connectiviteit op verschillende ruimte-tijd schalen. Met andere woorden, moderne onderzoeksmethoden hebben het mogelijk gemaakt om bepaalde gebieden van de hersenen te categoriseren op basis van hun functionele eigenschappen, gerelateerd aan de leeftijd van het gebied en zijn grootte.
Echter, zoals wetenschappers beweren, zijn er op dit moment bijna geen gegevens over hoe veranderingen in de architectuur van de witte stof tijdens de ontwikkeling van de menselijke hersenen samengestemde schommelingen van neuronale activiteit ondersteunen.
Structureel-functionele verbindingen vormen de basis voor functionele communicatie en ontstaan wanneer het profiel van interregionale verbindingen van de witte stof in een corticaal gebied de sterkte van de interregionale functionele verbinding voorspelt. Dit betekent dat de activiteit van de witte stof zich vertoont in de activatie van de executieve functies van de hersenen, waardoor de sterkte van de structureel-functionele verbinding kan worden beoordeeld.
Voor de beschrijving van structureel-functionele verbindingen hebben wetenschappers drie hypothesen geformuleerd die tijdens het onderzoek zijn getest.
De eerste hypothese stelt dat structureel-functionele verbindingen de functionele specialisatie van het corticale gebied zullen weerspiegelen. Dit betekent dat structureel-functionele verbindingen sterk zullen zijn in de somatosensorische schors, dankzij de processen die de vroege ontwikkeling van gespecialiseerde sensorische hiƫrarchieƫn bepalen. Daarentegen zullen structureel-functionele verbindingen laag zijn in de transmodale associatieve schors, waar functionele communicatie verzwakt kan worden door genetische en anatomische beperkingen als gevolg van snelle evolutionaire uitbreiding.
De tweede hypothese is gebaseerd op langdurige activiteit-afhankelijke myelinisatie tijdens de ontwikkeling en stelt dat de ontwikkeling van structureel-functionele verbindingen zal worden geconcentreerd in de transmodale associatieve schors.
De derde hypothese: structureel-functionele verbindingen weerspiegelen de functionele specialisatie van de corticale regio. Daarom kan worden verondersteld dat sterkere structureel-functionele verbindingen in de fronto-temporale associatieve schors betrokken zijn bij de gespecialiseerde berekeningen die nodig zijn voor de uitvoering van uitvoerende functies.
Onderzoeksresultaten
Om de ontwikkeling van structureel-functionele interactie bij adolescenten te karakteriseren, voerden onderzoekers een kwantitatieve beoordeling uit van de mate waarin structurele verbindingen tussen verschillende hersengebieden gecoƶrdineerde fluctuaties in neuronale activiteit ondersteunen.
Met gebruik van multimodale neuroimaging-gegevens van 727 deelnemers in de leeftijd van 8 tot 23 jaar werd probabilistische diffusietractografie uitgevoerd en functionele connectiviteit beoordeeld tussen elk paar corticale gebieden tijdens de uitvoering van de n-terug taak*, gerelateerd aan de activiteit van het werkgeheugen.
De n-terug taak* is een techniek om de activiteit van bepaalde hersengebieden te stimuleren en het werkgeheugen te testen. De proefpersoon ontvangt een reeks stimuli (visueel, auditief, enz.). Hij moet bepalen en aangeven of een bepaalde stimulus n posities geleden was. Bijvoorbeeld: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R (taak 3-terug, waar een bepaalde letter 3 posities eerder verscheen).
Functionele connectiviteit in rust weerspiegelt spontane fluctuaties in neuronale activiteit. Maar tijdens het uitvoeren van de werkgeheugentaak kan functionele connectiviteit bepaalde zenuwverbindingen of populaties versterken die betrokken zijn bij uitvoerende functies.
Afbeelding ā1: meting van de structureel-functionele verbinding in de menselijke hersenen.
Knooppunten in de structurele en functionele netwerken van de hersenen werden bepaald met behulp van een 400-zone corticale parcellatie (verdeeld in zones), gebaseerd op functionele homogeneĆÆteit in de MRI-gegevens van de deelnemers aan het onderzoek. Voor elke deelnemer werden de regionale connectiviteitsprofielen geĆ«xtraheerd uit elke regel van de structurele of functionele connectiviteitsmatrix en gepresenteerd als vectoren van connectiviteitssterkte van Ć©Ć©n knooppunt in het neurale netwerk naar alle andere knooppunten.
Als eerste controleerden de wetenschappers of de ruimtelijke verdeling van structurele-functionele verbindingen overeenkomt met de fundamentele eigenschappen van de corticale organisatie.
Afbeelding nr. 2
Het is belangrijk op te merken dat de relatie tussen regionale profielen van structurele en functionele connectiviteit sterk varieerde over de cortex (2A). Een sterkere verbinding werd waargenomen in de primaire sensorische en mediale prefrontale cortex. In de laterale, temporale en frontotemporale gebieden was de verbinding daarentegen vrij zwak.
Voor een beter begrip van de relatie tussen structurele-functionele verbindingen en functionele specialisatie, werd de 'participatiecoĆ«fficiĆ«nt' berekend, die een grafische weergave biedt van de kwantitatieve bepaling van de connectiviteit tussen functioneel gespecialiseerde gebieden van de hersenen. Elk van de hersengebieden werd ingedeeld in zeven klassieke functionele neurale netwerken. Neuronale knooppunten in de hersenen met een hoge participatiecoĆ«fficiĆ«nt tonen verschillende intermodule connectiviteit (verbinding tussen hersengebieden) en kunnen daardoor de informatieoverdracht tussen gebieden beĆÆnvloeden, evenals hun dynamiek. Knooppunten met een lage participatiecoĆ«fficiĆ«nt vertonen meer lokale verbindingen binnen hun eigen gebied van de hersenen, in plaats van tussen meerdere gebieden. Eenvoudig gezegd, als de coĆ«fficiĆ«nt hoog is - interageren verschillende hersengebieden actief met elkaar; als deze laag is - vindt de activiteit plaats binnen het gebied zonder verbinding met naburige gebieden.2C).
Vervolgens werd de evaluatie uitgevoerd van de relatie tussen de variabiliteit van de structureel-functionele connectiviteit en de macro-schaal functionele hiƫrarchie. De structureel-functionele connectiviteit komt in grote mate overeen met de belangrijkste gradiƫnt van functionele connectiviteit: unimodale sensorische gebieden vertonen relatief sterke structureel-functionele connectiviteit, terwijl transmodale gebieden aan de top van de functionele hiƫrarchie een zwakkere verbinding vertonen (2D).
Er werd ook vastgesteld dat er een sterke correlatie bestaat tussen de structureel-functionele connectiviteit en de evolutionaire uitbreiding van het oppervlak van de schors (2E). Hoog-conservatieve sensorische gebieden hadden relatief sterke structureel-functionele verbindingen, terwijl sterk uitgebreide transmodale gebieden zwakkere verbindingen hadden. Deze observaties bevestigen volledig de hypothese dat de structureel-functionele connectiviteit een reflectie is van de corticale hiƫrarchie van functionele specialisatie en evolutionaire uitbreiding.
Afbeelding nr. 3
Wetenschappers herinneren er nogmaals aan dat eerder uitgevoerd onderzoek zich voornamelijk heeft gericht op het bestuderen van de structureel-functionele connectiviteit in de hersenen van volwassenen. In dit werk lag de nadruk op het bestuderen van de hersenen die zich nog in ontwikkeling bevinden, d.w.z. het bestuderen van de hersenen van adolescenten.
Er werd vastgesteld dat in de hersenen van adolescenten de leeftijdsverschillen in structureel-functionele verbindingen breed verspreid waren over de laterale temporale, onderste pariƫtale en prefrontale schors (3A). Versterkingen van de connectiviteit waren disproportioneel verdeeld over corticale gebieden, d.w.z. zij waren aanwezig in een uniek subgroep van functioneel gescheiden corticale gebieden (3B), wat niet het geval was in de hersenen van volwassenen.
De mate van leeftijdsverschillen in structureel-functionele verbindingen correleerde sterk met de coƫfficiƫnt van functionele deelname (3C) en de functionele gradiƫnt (3D).
De ruimtelijke verdeling van leeftijdsverschillen in structurele en functionele verbindingen correspondeerde ook met de evolutionaire uitbreiding van de schors. Veroudering gaf een toename van de connectiviteit in de uitgebreide associatieve schors van de hersenen, terwijl veroudering leidde tot een afname van de connectiviteit in de sterk conserverende sensorisch-motorische schors (3E).
In de volgende fase van het onderzoek ondergingen 294 deelnemers opnieuw een hersenonderzoek 1,7 jaar na de eerste keer. Zo kon de relatie tussen leeftijdsgerelateerde veranderingen in structurele en functionele connectiviteit en intra-individuele veranderingen in ontwikkeling worden vastgesteld. Hiervoor werd een beoordeling van longitudinale veranderingen in structurele en functionele connectiviteit uitgevoerd.
Afbeelding ā4
Er werd een significant verband gevonden tussen de dwars- en longitudinale leeftijdsgerelateerde veranderingen in structurele en functionele verbindingen (4A).
Om de relatie van longitudinale veranderingen in structurele en functionele connectiviteit te verifiƫren (4B) en longitudinale veranderingen in de functionele participatiecoƫfficiƫnt (4C) werd lineaire regressie gebruikt. Er werd ontdekt dat longitudinale veranderingen in connectiviteit overeenkwamen met longitudinale veranderingen in de coƫfficiƫnt van functionele participatie in gedistribueerde associatieve gebieden van hogere orde, inclusief de dorsale en mediale prefrontale schors, de inferior pariƫtale schors en de laterale temporale schors (4D).
Afbeelding Nr. 5
Vervolgens probeerden de onderzoekers de gevolgen van individuele verschillen in structurele en functionele verbindingen voor gedrag te begrijpen. In het bijzonder of structurele en functionele connectiviteit tijdens het uitvoeren van een taak met werkgeheugen de uitvoerende prestaties kan verklaren. Het werd vastgesteld dat verbeterde uitvoerende prestaties verband hielden met sterkere structurele en functionele connectiviteit in de rostrolaterale prefrontale schors, de posterior cingulate gyrus en de mediale occipitale schors (5A).
De verzameling van de hierboven beschreven waarnemingen leidt tot een aantal belangrijke conclusies. Ten eerste zijn regionale veranderingen in de structureel-functionele verbinding omgekeerd evenredig aan de complexiteit van de functie waarvoor een bepaald hersengebied verantwoordelijk is. Sterkere structureel-functionele verbindingen werden gevonden in hersengebieden die zich specialiseren in de verwerking van eenvoudige sensorische informatie (bijvoorbeeld visuele signalen). In gebieden van de hersenen die betrokken zijn bij complexere processen (uitvoerende functies en inhibitoire controle) was er echter een lagere structureel-functionele verbinding.
Ook is vastgesteld dat de structureel-functionele verbinding overeenkomt met de evolutionaire uitbreiding van de hersenen, die wordt waargenomen bij primaten. Eerder zijn vergelijkende studies uitgevoerd tussen de hersenen van de mens, primaten en apen, waaruit bleek dat de sensorische gebieden (bijvoorbeeld het visuele systeem) zeer conservatief zijn tussen primatensoorten en niet significant zijn uitgebreid tijdens recente evolutie. Daarentegen zijn de associatieve gebieden van de hersenen (bijvoorbeeld de prefrontale cortex) aanzienlijk uitgebreid. Deze uitbreiding heeft mogelijk direct invloed gehad op het ontstaan van complexe cognitieve vermogens bij de mens. Er is aangetoond dat hersengebieden die snel uitbreidden tijdens de evolutie een zwakkere structureel-functionele verbinding hadden, terwijl eenvoudige sensorische gebieden een sterkere verbinding hadden.
Bij kinderen en adolescenten neemt de structureel-functionele verbinding vrij actief toe in de frontale gebieden van de hersenen, die verantwoordelijk zijn voor de functie van inhibitie (d.w.z. zelfcontrole). Dit betekent dat een langdurige ontwikkeling van de structureel-functionele verbinding in deze gebieden de uitvoerende functie en zelfcontrole kan verbeteren, een proces dat voortduurt in de volwassenheid.
Voor een meer gedetailleerde kennismaking met de nuances van het onderzoek raad ik aan om te kijken in en hieraan.
Epilog
De menselijke hersenen zijn altijd een van de grootste mysteries van de mensheid geweest en zullen dat nog lang blijven. Het is een ongelooflijk complex mechanisme dat vele functies moet vervullen, talloze processen moet reguleren en enorme hoeveelheden informatie moet opslaan. Voor veel ouders is er niets mysterieuzer dan de hersenen van hun tienerkinderen. Hun gedrag is soms moeilijk logisch of constructief te noemen, maar dit is te verklaren door het proces van hun biologische ontwikkeling en sociale vorming.
Natuurlijk kunnen veranderingen in de structurele en functionele verbindingen in bepaalde delen van de hersenen en de invloed van hormonale veranderingen een wetenschappelijke rechtvaardiging zijn voor het bijzondere gedrag van jongeren, maar dat betekent niet dat ze geen begeleiding nodig hebben. Een mens is van nature geen asociaal wezen. Als iemand zich distantieert van andere mensen, is dat zeker niet te wijten aan onze biologische aanleg. Daarom is actieve betrokkenheid van ouders in het leven van hun kinderen een uiterst belangrijk aspect van hun ontwikkeling.
Daarnaast is het belangrijk te begrijpen dat een kind op driejarige leeftijd al een persoonlijkheid is met zijn eigen karakter, wensen en visie op de wereld om zich heen. Een ouder moet niet onzichtbaar worden voor zijn kind door het de vrijheid te geven, maar mag ook geen ondoordringbare muur worden die het afschermt van het ontdekken van de wereld. Soms moet je een duwtje geven, soms vasthouden, soms volledige vrijheid geven, en soms, door je ouderlijk gezag te tonen, een stevig 'nee' zeggen, zelfs als het kind daar niet blij mee is.
Ouder zijn is moeilijk, nog moeilijker is het om een goede ouder te zijn. Maar ook tiener zijn is niet eenvoudig. Het lichaam verandert uiterlijk, de hersenen veranderen, de omgeving verandert (van school naar universiteit), en het levensritme verandert. In deze tijd lijkt het leven vaak op Formule 1, waar geen plaats is voor traagheid. Maar hoge snelheid brengt grote risico's met zich mee, dus een onervaren coureur kan in de problemen komen. De taak van de ouder is om de coach van zijn kind te zijn, zodat hij het later met een gerust hart de wereld in kan laten gaan, zonder zich zorgen te maken over de toekomst.
Sommige ouders denken slimmer te zijn dan andere, sommigen zijn bereid elk advies, dat ze op internet of van een buurvrouw horen, uit te voeren, terwijl anderen zich gewoon niets aantrekken van alle opvoedingsdetails. Mensen zijn verschillend, maar net zoals communicatie belangrijk is tussen de delen van de menselijke hersenen, speelt communicatie tussen ouders en hun kinderen een van de belangrijkste rollen in de opvoeding.
Bedankt voor uw aandacht, blijf nieuwsgierig en een fijn weekend, allemaal! š
Een beetje reclame š
Bedankt dat je bij ons blijft. Houd je van onze artikelen? Wil je meer interessante inhoud zien? Ondersteun ons door een bestelling te plaatsen of ons aan vrienden aan te bevelen, , een unieke variant van entry-level servers, die we voor jou hebben bedacht: (opties beschikbaar met RAID1 en RAID10, tot 24 cores en tot 40GB DDR4).
Dell R730xd is 2 keer goedkoper in datacenter Equinix Tier IV in Amsterdam? Alleen bij ons in Nederland! Dell R420 ā 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB ā vanaf $99! Lees over hoe
Bron: habr.com
