Een van de meest mysterieuze en nog niet volledig begrepen ‘verschijnselen’ is het menselijk brein. Rond dit complexe orgaan draaien veel vragen: waarom dromen we, hoe beïnvloeden emoties de besluitvorming, welke zenuwcellen zijn verantwoordelijk voor de perceptie van licht en geluid, waarom houden sommige mensen van sprot terwijl anderen dol zijn op olijven? Al deze vragen hebben betrekking op de hersenen, omdat deze de centrale processor van het menselijk lichaam zijn. Jarenlang hebben wetenschappers speciale aandacht besteed aan de hersenen van mensen die zich op de een of andere manier onderscheiden van de massa (van autodidactische genieën tot berekenende psychopaten). Maar er is een categorie mensen wier ongewoon gedrag verband houdt met hun leeftijd: tieners. Veel tieners hebben een verhoogd gevoel van tegenspraak, een geest van avonturisme en een onweerstaanbaar verlangen om avontuur in hun voordeel te vinden. Wetenschappers van de Universiteit van Pennsylvania besloten de mysterieuze hersenen van tieners en de processen die daarin plaatsvinden onder de loep te nemen. We leren wat ze uit hun rapport hebben weten te achterhalen. Gaan.
Onderzoeksbasis
Elk technologisch apparaat en elk orgaan in het lichaam heeft zijn eigen architectuur waardoor ze efficiënt kunnen werken. De menselijke hersenschors is georganiseerd volgens een functionele hiërarchie, variërend van unimodaal sensorische cortex* en eindigend met transmodaal associatiecortex*.
De sensorische cortex* is het deel van de hersenschors dat verantwoordelijk is voor het verzamelen en verwerken van informatie die wordt ontvangen van de zintuigen (ogen, tong, neus, oren, huid en vestibulaire systeem).
De associatiecortex* is een deel van de pariëtale cortex van de hersenen dat betrokken is bij de uitvoering van geplande bewegingen. Wanneer we op het punt staan een beweging uit te voeren, moeten onze hersenen weten waar het lichaam en de delen die zullen bewegen zich op dat moment bevinden, en ook waar de objecten van de externe omgeving waarmee we willen communiceren zich bevinden. Je wilt bijvoorbeeld een beker oppakken en je hersenen weten al waar de hand en de beker zelf zich bevinden.
Deze functionele hiërarchie wordt bepaald door de anatomie van de paden witte materie*, die gesynchroniseerde neurale activiteit coördineren en cognitie*.
Witte materie* — als de grijze stof uit neuronen bestaat, dan bestaat de witte stof uit met myeline bedekte axonen, waarlangs impulsen van het cellichaam naar andere cellen en organen worden overgedragen.
Cognitie* (cognitie) - een reeks 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 het menselijk brein worden gekenmerkt door doelgerichte uitbreiding en hermodellering van transmodale associatieve gebieden, die de basis vormen van de processen van sensorische representatie van informatie en abstracte regels voor het bereiken van doelen.
Het proces van hersenontwikkeling kost veel tijd, waarbij veel processen plaatsvinden om de hersenen als systeem te verbeteren: myelinisatie*, synaptisch snoeien* etc.
Myelinisatie* - oligodendrocyten (een soort hulpcellen van het zenuwstelsel) omhullen een of ander deel van het axon, waardoor één oligodendrocyt met meerdere neuronen tegelijk communiceert. Hoe actiever het axon, hoe meer gemyeliniseerd het is, omdat dit de efficiëntie ervan verhoogt.
Synaptisch snoeien* — het verminderen van het aantal synapsen/neuronen om de efficiëntie van het neurosysteem te vergroten, d.w.z. het wegwerken van onnodige verbindingen. Met andere woorden, dit is de implementatie van het principe ‘niet door kwantiteit, maar door kwaliteit’.
Tijdens de ontwikkeling van de hersenen wordt functionele specificatie gevormd in de transmodale associatiecortex, die rechtstreeks van invloed is op de ontwikkeling van uitvoerende functies van hogere orde, zoals werkgeheugen*, cognitieve flexibiliteit* и remmende controle*.
Werkgeheugen* - een cognitief systeem voor tijdelijke opslag van informatie. Dit type geheugen wordt geactiveerd tijdens voortdurende denkprocessen en is betrokken bij de besluitvorming en de vorming van gedragsreacties.
Cognitieve flexibiliteit* - het vermogen om van de ene gedachte naar de andere te schakelen en/of aan meerdere dingen tegelijk te denken.
Remmende controle* (remmingsreactie) is een uitvoerende functie die toezicht houdt op het vermogen van een persoon om zijn impulsieve (natuurlijke, gebruikelijke of dominante) gedragsreacties op stimuli te onderdrukken om een passender antwoord op een specifieke situatie te implementeren (externe stimulus).
De studie van structureel-functionele verbindingen van de hersenen begon al lang geleden. Met de komst van de netwerktheorie werd het mogelijk om structureel-functionele verbindingen in neurobiologische systemen te visualiseren en deze in categorieën in te delen. In de kern is structuur-functie-connectiviteit de mate waarin de verdeling van anatomische verbindingen binnen een hersengebied gesynchroniseerde neurale activiteit ondersteunt.
Er werd een sterke relatie gevonden tussen metingen van structurele en functionele connectiviteit op verschillende spatiotemporele schalen. Met andere woorden, modernere onderzoeksmethoden hebben het mogelijk gemaakt om bepaalde delen van de hersenen te categoriseren op basis van hun functionele kenmerken die verband houden met de leeftijd van het gebied en de omvang ervan.
De wetenschappers zeggen echter dat er momenteel weinig bewijs is van hoe veranderingen in de architectuur van de witte stof tijdens de ontwikkeling van het menselijk brein gecoördineerde fluctuaties in neurale activiteit ondersteunen.
Structureel-functionele connectiviteit is de basis voor functionele communicatie en treedt op wanneer het interregionale connectiviteitsprofiel van de witte stof van een corticale regio de kracht van interregionale functionele connectiviteit voorspelt. Dat wil zeggen dat de activiteit van witte stof zal worden weerspiegeld in de activering van de uitvoerende functies van de hersenen, waardoor het mogelijk zal zijn om de mate van sterkte van de structureel-functionele verbinding te beoordelen.
Om de structureel-functionele relatie te beschrijven, hebben wetenschappers drie hypothesen naar voren gebracht die tijdens het onderzoek zijn getest.
De eerste hypothese stelt dat structuur-functie-connectiviteit de functionele specialisatie van de corticale regio zal weerspiegelen. Dat wil zeggen dat de structuur-functie-connectiviteit sterk zal zijn in de somatosensorische cortex, als gevolg van processen die de vroege ontwikkeling van gespecialiseerde sensorische hiërarchieën bepalen. Daarentegen zal de structuur-functie-connectiviteit laag zijn in de transmodale associatiecortex, waar functionele communicatie verzwakt kan worden door genetische en anatomische beperkingen als gevolg van snelle evolutionaire expansie.
De tweede hypothese is gebaseerd op langdurige activiteitsafhankelijke myelinisatie tijdens de ontwikkeling en stelt dat de ontwikkeling van structuur-functieverbindingen geconcentreerd zal zijn in de transmodale associatiecortex.
Derde hypothese: de structureel-functionele verbinding weerspiegelt de functionele specialisatie van de corticale regio. Daarom kan worden aangenomen dat een sterkere structureel-functionele verbinding in de frontoparietale associatiecortex betrokken zal zijn bij gespecialiseerde berekeningen die nodig zijn voor de implementatie van uitvoerende functies.
Onderzoeksresultaten
Om de ontwikkeling van structuur-functie-connectiviteit bij adolescenten te karakteriseren, hebben wetenschappers de mate gekwantificeerd waarin structurele verbindingen tussen verschillende hersengebieden gecoördineerde fluctuaties in neurale activiteit ondersteunen.
Met behulp van multimodale neuroimaging-gegevens van 727 deelnemers in de leeftijd van 8 tot 23 jaar werd probabilistische diffusie-tractografie uitgevoerd en werd de functionele connectiviteit tussen elk paar corticale regio's tijdens de prestatie beoordeeld. n-back taken*geassocieerd met werkgeheugenactiviteit.
Probleem n-terug* - een techniek om de activiteit van bepaalde delen van de hersenen te stimuleren en het werkgeheugen te testen. De proefpersoon wordt voorzien van een aantal prikkels (visueel, audio, etc.). Hij moet bepalen en aangeven of deze of gene stimulus n posities geleden aanwezig was. Bijvoorbeeld: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (3-back-probleem, waarbij een bepaalde letter eerder op de 3e positie verscheen).
Functionele connectiviteit in rusttoestand weerspiegelt spontane fluctuaties in neurale activiteit. Maar tijdens een werkgeheugentaak kan functionele connectiviteit specifieke neurale verbindingen of populaties die betrokken zijn bij uitvoerende functies versterken.
Afbeelding #1: Het meten van de structureel-functionele connectiviteit van het menselijk brein.
Knooppunten in structurele en functionele hersennetwerken werden geïdentificeerd met behulp van een corticale verkaveling van 400 gebieden, gebaseerd op functionele homogeniteit in de MRI-gegevens van studiedeelnemers. Voor elke deelnemer aan het onderzoek werden regionale connectiviteitsprofielen geëxtraheerd uit elke rij van de structurele of functionele connectiviteitsmatrix en weergegeven als vectoren van connectiviteitssterkte van het ene neurale netwerkknooppunt naar alle andere knooppunten.
Om te beginnen controleerden de wetenschappers of de ruimtelijke verdeling van structureel-functionele verbindingen samenvalt met de fundamentele eigenschappen van corticale organisatie.
Afbeelding #2
Het is vermeldenswaard dat de relatie tussen regionale structurele en functionele connectiviteitsprofielen sterk varieerde binnen de cortex (2A). Er werden sterkere verbindingen waargenomen in de primaire sensorische en mediale prefrontale cortex. Maar in de laterale, temporale en frontoparietale gebieden was de verbinding vrij zwak.
Voor een meer begrijpelijke beoordeling van de relatie tussen structureel-functionele connectiviteit en functionele specialisatie werd de “participatie”-coëfficiënt berekend, wat een grafische weergave is van de kwantitatieve bepaling van connectiviteit tussen functioneel gespecialiseerde hersengebieden. Elk van de hersengebieden werd toegewezen aan zeven klassieke functionele neurale netwerken. Neuronale knooppunten van de hersenen met een hoge participatiecoëfficiënt vertonen verschillende intermodulaire verbindingen (verbindingen tussen hersengebieden) en kunnen daarom de processen van informatieoverdracht tussen regio's beïnvloeden, evenals hun dynamiek. Maar knooppunten met een lage participatiegraad vertonen meer lokale verbindingen binnen de hersenregio zelf, dan tussen verschillende regio's. Simpel gezegd: als de coëfficiënt hoog is, interageren verschillende delen van de hersenen actief met elkaar; als deze laag is, vindt er activiteit plaats binnen het gebied zonder verband met aangrenzende gebieden.2C).
Vervolgens werd de relatie tussen de variabiliteit van structureel-functionele connectiviteit en functionele hiërarchie op macroschaal beoordeeld. Structureel-functionele connectiviteit valt grotendeels samen met de onderliggende gradiënt van functionele connectiviteit: unimodale sensorische gebieden vertonen relatief sterke structureel-functionele connectiviteit, terwijl transmodale gebieden aan de top van de functionele hiërarchie zwakkere connectiviteit vertonen (2D).
Er werd ook vastgesteld dat er een sterke correlatie bestaat tussen de structureel-functionele relatie en de evolutionaire uitbreiding van het oppervlak van de cortex (2E). Sterk geconserveerde sensorische gebieden hadden een relatief sterke structuur-functie-connectiviteit, terwijl sterk uitgebreide transmodale gebieden een zwakkere connectiviteit hadden. Dergelijke observaties ondersteunen volledig de hypothese dat structuur-functie-connectiviteit een weerspiegeling is van de corticale hiërarchie van functionele specialisatie en evolutionaire expansie.
Afbeelding #3
Wetenschappers herinneren er nogmaals aan dat eerder onderzoek grotendeels gericht was op het bestuderen van structureel-functionele connectiviteit in het volwassen brein. In hetzelfde werk werd de nadruk gelegd op de studie van de hersenen, die nog in ontwikkeling zijn, d.w.z. over het bestuderen van het brein van adolescenten.
Er werd ontdekt dat leeftijdsgerelateerde verschillen in structureel-functionele verbindingen in de hersenen van adolescenten wijd verspreid waren over de laterale temporale, inferieure pariëtale en prefrontale cortex.3А). Verbeteringen van de connectiviteit waren onevenredig verdeeld over corticale regio’s, b.v. waren aanwezig in een unieke subset van functioneel gescheiden corticale gebieden (3V), wat niet werd waargenomen in de hersenen van volwassenen.
De omvang van leeftijdsverschillen in structureel-functionele connectiviteit was sterk gecorreleerd met de functionele participatiegraad (3S) en functionele gradiënt (3D).
De ruimtelijke verdeling van leeftijdsgebonden verschillen in structureel-functionele verbindingen was ook consistent met de evolutionaire expansie van de cortex. Een leeftijdsgebonden toename in connectiviteit werd waargenomen in de uitgebreide associatiecortex, terwijl een leeftijdsgerelateerde afname in connectiviteit werd waargenomen in de sterk geconserveerde sensorimotorische cortex.3E).
In de volgende fase van het onderzoek ondergingen 294 deelnemers 1.7 jaar na het eerste een tweede hersenonderzoek. Op deze manier was het mogelijk om de relatie te bepalen tussen leeftijdsgebonden veranderingen in structureel-functionele connectiviteit en intra-individuele ontwikkelingsveranderingen. Voor dit doel werden longitudinale veranderingen in structureel-functionele connectiviteit beoordeeld.
Afbeelding #4
Er was een significante overeenkomst tussen cross-sectionele en longitudinale leeftijdsgerelateerde veranderingen in structureel-functionele connectiviteit (4А).
Om de relatie tussen longitudinale veranderingen in structurele en functionele connectiviteit te testen (4B) en longitudinale veranderingen in de functionele participatiegraad (4S) lineaire regressie werd gebruikt. Longitudinale veranderingen in connectiviteit bleken overeen te komen met longitudinale veranderingen in functionele participatieratio in gedistribueerde associatiegebieden van hoge orde, waaronder de dorsale en mediale prefrontale cortex, de inferieure pariëtale cortex en de laterale temporale cortex.4D).
Afbeelding #5
Wetenschappers probeerden vervolgens de gevolgen van individuele verschillen in structureel-functionele connectiviteit voor gedrag te begrijpen. In het bijzonder de vraag of structureel-functionele connectiviteit tijdens een werkgeheugentaak de uitvoerende prestaties kan verklaren. Verbeteringen in het executief functioneren bleken verband te houden met sterkere structureel-functionele connectiviteit in de rotrolaterale prefrontale cortex, de posterieure cingulaire cortex en de mediale occipitale cortex.5A).
Het geheel van de hierboven beschreven observaties leidt tot een aantal hoofdconclusies. Ten eerste zijn regionale veranderingen in structureel-functionele connectiviteit omgekeerd evenredig met de complexiteit van de functie waarvoor een bepaald hersengebied verantwoordelijk is. Er werd een sterkere structuur-functie-connectiviteit gevonden in delen van de hersenen die gespecialiseerd zijn in het verwerken van eenvoudige sensorische informatie (zoals visuele signalen). En hersengebieden die betrokken zijn bij complexere processen (uitvoerende functie en remmende controle) hadden een lagere structureel-functionele connectiviteit.
Structureel-functionele connectiviteit bleek ook consistent te zijn met de evolutionaire expansie van de hersenen waargenomen bij primaten. Eerdere vergelijkende studies van de hersenen van mensen, primaten en apen hebben aangetoond dat sensorische gebieden (zoals het visuele systeem) onder primatensoorten sterk geconserveerd zijn en tijdens de recente evolutie niet veel zijn uitgebreid. Maar de associatiegebieden van de hersenen (bijvoorbeeld de prefrontale cortex) hebben een aanzienlijke uitbreiding ondergaan. Misschien heeft deze uitbreiding een directe invloed gehad op de opkomst van complexe cognitieve vaardigheden bij mensen. Er werd ontdekt dat delen van de hersenen die zich tijdens de evolutie snel uitbreidden, een zwakkere structurele en functionele connectiviteit hadden, terwijl eenvoudige sensorische gebieden een sterkere connectiviteit 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 inhibitiefunctie (d.w.z. zelfcontrole). De langetermijnontwikkeling van structureel-functionele connectiviteit op deze gebieden kan dus de uitvoerende functie en zelfbeheersing verbeteren, een proces dat zich voortzet tot in de volwassenheid.
Voor een meer gedetailleerd inzicht in de nuances van het onderzoek, raad ik aan om een kijkje te nemen и naar hem.
epiloog
Het menselijk brein is altijd een van de grootste mysteries van de mensheid geweest en zal dat ook nog lang blijven. Dit is een ongelooflijk complex mechanisme dat veel functies moet vervullen, veel processen moet controleren 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 wordt verklaard door het proces van hun biologische ontwikkeling en sociale vorming.
Natuurlijk kunnen veranderingen in de structurele en functionele verbindingen van bepaalde delen van de hersenen en de invloed van hormonale veranderingen een wetenschappelijke rechtvaardiging zijn voor het eigenaardige gedrag van jonge mensen, maar dit betekent niet dat ze niet gestuurd hoeven te worden. De mens is van nature geen asociaal wezen. Als iemand andere mensen vermijdt, komt dat zeker niet door onze biologische aanleg. Daarom is de actieve deelname van ouders aan het leven van hun kinderen een uiterst belangrijk aspect van hun ontwikkeling.
Het is ook de moeite waard om te begrijpen dat een kind zelfs op driejarige leeftijd al een individu is met zijn eigen karakter, zijn eigen verlangens en zijn eigen kijk op de wereld om hem heen. Een ouder mag niet onzichtbaar worden voor zijn kind en hem vrijelijk laten gaan, maar hij mag niet veranderen in een muur van gewapend beton die hem beschermt tegen kennis van de wereld. Ergens moet je duwen, ergens moet je je inhouden, ergens moet je volledige vrijheid geven, en ergens moet je, door het ouderlijk gezag te tonen, een krachtig 'nee' zeggen, zelfs als het kind hier niet blij mee is.
Ouder zijn is moeilijk, een goede ouder zijn nog moeilijker. Maar tiener zijn is niet zo eenvoudig. Het lichaam verandert van buitenaf, de hersenen veranderen, de omgeving verandert (er was school en nu universiteit), het ritme van het leven verandert. Tegenwoordig lijkt het leven vaak op de Formule 1, waarin geen plaats is voor traagheid. Maar hoge snelheid brengt grote risico's met zich mee, dus een onervaren rijder kan gewond raken. De taak van een ouder is om een coach voor zijn kind te worden, zodat hij hem in de toekomst rustig in de wereld kan loslaten, zonder angst voor zijn toekomst.
Sommige ouders beschouwen zichzelf als slimmer dan anderen, sommigen zijn bereid om elk advies dat ze op internet of van een buurman horen, op te volgen, en sommigen zijn gewoon 'violet' over alle fijne kneepjes van het ouderschap. Mensen zijn verschillend, maar net zoals communicatie tussen de delen ervan belangrijk is in het menselijk brein, speelt communicatie tussen ouders en hun kinderen een van de belangrijkste rollen in het onderwijs.
Bedankt voor het lezen, blijf nieuwsgierig en een fijn weekend jongens! 🙂
Sommige advertenties 🙂
Bedankt dat je bij ons bent gebleven. Vind je onze artikelen leuk? Wil je meer interessante inhoud zien? Steun ons door een bestelling te plaatsen of door vrienden aan te bevelen, , een unieke analoog van servers op instapniveau, die door ons voor u is uitgevonden: (beschikbaar met RAID1 en RAID10, tot 24 cores en tot 40GB DDR4).
Dell R730xd 2x goedkoper in Equinix Tier IV datacenter in Amsterdam? Alleen hier in Nederland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - vanaf $99! Lees over
Bron: www.habr.com