Um dos fenômenos mais enigmáticos e ainda não totalmente decifrados é o cérebro humano. Em torno deste órgão complexo giram muitas questões: por que sonhamos, como as emoções influenciam a tomada de decisões, quais células nervosas são responsáveis pela percepção da luz e do som, por que alguns gostam de sardinhas e outros adoram azeitonas? Todas essas perguntas dizem respeito ao cérebro, pois ele é o processador central do corpo humano. Durante muitos anos, os cientistas concentraram sua atenção nos cérebros das pessoas que de alguma forma se destacavam da multidão (dos gênios autodidatas aos psicopatas calculistas). Mas há uma categoria de pessoas cujo comportamento peculiar é associado à sua idade — os adolescentes. Muitos adolescentes têm um senso aguçado de contradição, um espírito de aventura e um desejo irresistível de encontrar emoções. Cientistas da Universidade da Pensilvânia decidiram explorar detalhadamente os enigmáticos cérebros dos adolescentes e os processos que neles ocorrem. O que conseguiram descobrir está presente em seu relatório. Vamos lá.
Base da pesquisa
Qualquer dispositivo na tecnologia e órgão no corpo têm sua própria arquitetura, permitindo que funcionem de forma eficiente. O córtex cerebral humano é organizado em uma hierarquia funcional, começando pelo córtex sensorial unimodal sensory cortex* e terminando no córtex associativo transmodal associative cortex*.
O córtex sensorial do cérebro* é a parte do córtex cerebral responsável pela coleta e processamento de informações recebidas dos órgãos sensoriais (olhos, língua, nariz, ouvidos, pele e aparelho vestibular).
O córtex associativo* é a parte do córtex parietal do cérebro que participa da execução de movimentos planejados. Quando estamos prestes a realizar um movimento, nosso cérebro deve saber onde, naquele segundo, o corpo e suas partes que se moverão estão localizados, assim como onde estão os objetos do ambiente externo com os quais pretendemos interagir. Por exemplo, você quer pegar uma xícara, e seu cérebro já sabe onde está sua mão e a própria xícara.
Essa hierarquia funcional é determinada pela anatomia das vias da substância branca*, que coordenam a atividade neural sincronizada e cognição*.
Substância branca* — se a substância cinza é composta por neurônios, a substância branca é composta por axônios revestidos de mielina, pelos quais os impulsos são transmitidos do corpo celular para outras células e órgãos.
Cognição* (conhecimento) — um conjunto de processos relacionados à aquisição de novos conhecimentos sobre o mundo ao nosso redor.
A evolução do córtex cerebral em primatas e o desenvolvimento do cérebro humano são caracterizados pela expansão direcionada e remodelação de áreas associativas transmodais, que são a base dos processos de representação sensorial de informações e regras abstratas para alcançar objetivos.
O processo de desenvolvimento do cérebro leva tempo considerável, durante o qual ocorrem inúmeros processos de aprimoramento do cérebro como sistema: mielinização*, poda sináptica* etc.
Mielinização* — oligodendrócitos (um tipo de células auxiliares do sistema nervoso) envolvem uma parte do axônio, resultando em que um oligodendrócito se liga a vários neurônios ao mesmo tempo. Quanto mais ativo o axônio, mais forte sua mielinização, pois isso aumenta sua eficiência.
Poda sináptica* — redução do número de sinapses/neuronais para aumentar a eficiência do sistema neural, ou seja, a eliminação de conexões desnecessárias. Em outras palavras, é a implementação do princípio "não pela quantidade, mas pela qualidade".
Durante a formação do cérebro, ocorre a especificação funcional no córtex associativo transmodal, o que influencia diretamente o desenvolvimento de funções executivas de ordem superior, como memória de trabalho*, flexibilidade cognitiva* e controle inibitório*.
Memória de trabalho* — um sistema cognitivo de armazenamento temporário de informações. Esse tipo de memória é ativado no momento dos processos de pensamento atuais e participa da tomada de decisões e formação de respostas comportamentais.
Flexibilidade cognitiva* — a capacidade de alternar de um pensamento para outro e/ou considerar várias coisas ao mesmo tempo.
Controle inibitório* (reação inibitória) — a função executiva que regula a capacidade de uma pessoa de suprimir suas reações comportamentais impulsivas (naturais, habituais ou dominantes) a estímulos, a fim de implementar uma resposta mais adequada a uma situação específica (estímulo externo).
O estudo das relações estruturais e funcionais do cérebro começou há bastante tempo. Com a introdução da teoria das redes, surgiu a possibilidade de visualizar as relações estruturais e funcionais em sistemas neurobiológicos e categorizá-las. Essencialmente, uma relação estrutural-funcional é o grau em que a distribuição das conexões anatômicas na área do cérebro sustenta a atividade neuronal sincronizada.
Foi estabelecida uma forte ligação entre os indicadores de conectividade estrutural e funcional em várias escalas espaço-temporais. Em outras palavras, métodos de estudo mais modernos permitiram categorizar diferentes áreas do cérebro com base em suas características funcionais, relacionadas à idade da região e seu tamanho.
No entanto, como afirmam os cientistas, atualmente existem quase nenhum dado sobre como as mudanças na arquitetura da substância branca durante o desenvolvimento do cérebro humano sustentam oscilações coordenadas da atividade neuronal.
A relação estrutural-funcional é a base da comunicação funcional e ocorre quando o perfil da conectividade inter-regional da substância branca em uma região cortical prevê a força da conectividade funcional inter-regional. Ou seja, a atividade da substância branca se refletirá na ativação das funções executivas do cérebro, permitindo assim avaliar o grau de força da relação estrutural-funcional.
Para descrever a relação estrutural-funcional, os cientistas propuseram três hipóteses, que foram testadas durante a pesquisa.
A primeira hipótese afirma que a relação estrutural-funcional refletirá a especialização funcional da área cortical. Ou seja, a relação estrutural-funcional será forte no córtex somatossensorial, devido aos processos que determinam o desenvolvimento precoce de hierarquias sensoriais especializadas. Em contraste, a relação estrutural-funcional será baixa no córtex associativo transmodal, onde a comunicação funcional pode ser enfraquecida por limitações genéticas e anatômicas devido à rápida expansão evolutiva.
A segunda hipótese é baseada na mielinização dependente da atividade ao longo do desenvolvimento e afirma que o desenvolvimento de conexões estruturais e funcionais será concentrado no córtex associativo transmodal.
A terceira hipótese: a conexão estrutural-funcional reflete a especialização funcional da área cortical. Portanto, pode-se supor que uma conexão estrutural-funcional mais forte no córtex associativo frontotemporal participará de cálculos especializados necessários para a realização de funções executivas.
Resultados da Pesquisa
Para caracterizar o desenvolvimento da interação estrutural-funcional em adolescentes, os pesquisadores realizaram uma avaliação quantitativa do grau em que as conexões estruturais de diferentes regiões do cérebro sustentam oscilações neuronais coordenadas.
Utilizando dados multimodais de neuroimagem de 727 participantes com idades entre 8 e 23 anos, foi realizada uma tractografia de difusão probabilística e uma avaliação da conectividade funcional entre cada par de áreas corticais durante a execução da tarefa n-back*, relacionada à atividade da memória de trabalho.
A tarefa n-back* — é um procedimento que estimula a atividade de certas áreas do cérebro e verifica a memória de trabalho. O participante recebe uma série de estímulos (visuais, sonoros, etc.). Ele deve determinar e indicar se determinado estímulo ocorreu n posições atrás. Por exemplo: T L H C H S C C Q L C K L H C Q T R H K C H R (tarefa 3-back, onde uma letra específica apareceu 3 posições atrás).
A conectividade funcional em estado de repouso reflete oscilações espontâneas da atividade neuronal. Já durante a execução da tarefa de memória de trabalho, a conectividade funcional pode reforçar certas conexões neurais ou populações envolvidas nas funções executivas.
Imagem nº 1: medindo a conexão estrutural-funcional do cérebro humano.
Os nós nas redes estruturais e funcionais do cérebro foram identificados usando uma parcela cortical de 400 zonas (divisão em zonas), baseada na homogeneidade funcional dos dados de RM do participantes do estudo. Para cada participante, os perfis regionais de conectividade foram extraídos de cada linha da matriz de conectividade estrutural ou funcional e apresentados como vetores de força de conectividade de um nó da rede neural para todos os outros nós.
Para começar, os cientistas verificaram se a distribuição espacial das conexões estruturais-funcionais corresponde às propriedades fundamentais da organização cortical.
Imagem nº 2
Vale a pena notar que a relação entre os perfis regionais de conectividade estrutural e funcional variou bastante por toda a córtex (2A). Uma conexão mais forte foi observada no córtex sensorial primário e no córtex pré-frontal medial. No entanto, nas áreas lateral, temporal e fronto-temporal, a conexão foi bastante fraca.
Para uma avaliação mais clara, a relação entre a conexão estrutural-funcional e a especialização funcional foi medida pelo coeficiente de 'participação', que representa uma representação gráfica da definição quantitativa da conectividade entre áreas funcionalmente especializadas do cérebro. Cada uma das áreas do cérebro foi atribuída a sete redes neurais funcionais clássicas. Os nós neuronais do cérebro com um alto coeficiente de participação demonstram diferentes conexões intermodulares (conexões entre áreas do cérebro) e, portanto, podem influenciar os processos de transmissão de informação entre as áreas, assim como sua dinâmica. Por outro lado, os nós com baixo coeficiente de participação mostram conexões mais locais dentro da própria área do cérebro, e não entre várias áreas. Em termos simples, se o coeficiente é alto, diferentes áreas do cérebro interagem ativamente entre si; se for baixo, a atividade ocorre dentro da área sem interação com as adjacentes (2C).
Em seguida, foi realizada uma avaliação da relação entre a variabilidade da conexão estrutural-funcional e a hierarquia funcional em macrom escala. A conexão estrutural-funcional coincide em grande parte com o principal gradiente de conectividade funcional: áreas sensoriais unimodais demonstram uma conexão estrutural-funcional relativamente forte, enquanto áreas transmodais no topo da hierarquia funcional mostram uma conexão mais fraca (2D).
Também foi estabelecido que existe uma forte correlação entre a conexão estrutural-funcional e a expansão evolutiva da superfície cortical (2E). As áreas sensoriais altamente conservadoras apresentaram uma conexão estrutural-funcional relativamente forte, enquanto as áreas transmodais altamente expandidas apresentaram uma conexão mais fraca. Essas observações confirmam totalmente a hipótese de que a conexão estrutural-funcional reflete a hierarquia cortical da especialização funcional e a expansão evolutiva.
Imagem nº 3
Os cientistas lembram mais uma vez que as pesquisas anteriores se concentraram, em sua maioria, no estudo da conectividade estrutural-funcional no cérebro do adulto. Neste trabalho, foi dado um destaque ao estudo do cérebro que ainda está em desenvolvimento, ou seja, ao estudo do cérebro adolescente.
Foi constatado que, no cérebro dos adolescentes, as diferenças etárias nas conexões estruturais-funcionais estavam amplamente distribuídas pelo córtex temporal lateral, córtex parietal inferior e córtex pré-frontal (3A). O aumento da conectividade estava distribuído de forma desproporcional entre as áreas do córtex, ou seja, estava presente em um subconjunto único de áreas funcionalmente separadas do córtex (3B), o que não foi observado no cérebro do adulto.
A magnitude das diferenças etárias nas conexões estruturais-funcionais correlacionou-se fortemente com o coeficiente de participação funcional (3C) e o gradiente funcional (3D).
A distribuição espacial das diferenças etárias nas conexões estruturais e funcionais também correspondeu à expansão evolutiva do córtex. O aumento etário na conectividade foi observado no córtex associativo expandido do cérebro, enquanto a diminuição etária da conectividade foi observada no córtex sensório-motor altamente conservador (3E).
Na próxima fase do estudo, 294 participantes realizaram um novo exame cerebral 1,7 anos após o primeiro. Assim, foi possível determinar a relação entre as alterações etárias na conectividade estrutural e funcional e as mudanças no desenvolvimento dentro do indivíduo. Para isso, foi feita uma avaliação das mudanças longitudinais na conectividade estrutural e funcional.
Imagem nº 4
Foi identificada uma correspondência significativa entre as mudanças etárias transversais e longitudinais na conexão estrutural e funcional (4A).
Para testar a relação entre as mudanças longitudinais na conectividade estrutural e funcional (4B) e as mudanças longitudinais no coeficiente de participação funcional (4C) foi utilizada regressão linear. Foi descoberto que as mudanças longitudinais na conectividade correspondiam às mudanças longitudinais no coeficiente de participação funcional em áreas associativas distribuídas de alto nível, incluindo o córtex pré-frontal dorso-medial, o córtex parietal inferior e o córtex temporal lateral (4D).
Imagem №5
Os pesquisadores, então, tentaram entender as implicações das diferenças individuais nas conexões estruturais e funcionais para o comportamento. Em particular, se a conectividade estrutural e funcional durante a execução de uma tarefa de memória de trabalho pode explicar o desempenho executivo. Foi identificado que a melhoria no desempenho executivo está relacionada a uma conectividade estrutural e funcional mais forte no córtex pré-frontal rostrolateral, no giro cingulado posterior e no córtex occipital medial (5A).
A soma das observações descritas acima leva a algumas conclusões principais. Em primeiro lugar, as mudanças regionais na conectividade estrutural e funcional são inversamente proporcionais à complexidade da função pela qual uma determinada área do cérebro é responsável. Uma conexão estrutural e funcional mais forte foi encontrada em partes do cérebro que se especializam no processamento de informações sensoriais simples (por exemplo, sinais visuais). Enquanto isso, nas áreas do cérebro que estão envolvidas em processos mais complexos (como funções executivas e controle inibitório) foi observada uma conectividade estrutural e funcional mais baixa.
Também foi determinado que a conectividade estrutural e funcional está de acordo com a expansão evolutiva do cérebro observada em primatas. Estudos comparativos anteriores entre os cérebros de humanos, primatas e macacos mostraram que as áreas sensoriais (como o sistema visual) são muito conservadoras entre as espécies de primatas e não se expandiram muito ao longo da recente evolução. Por outro lado, as áreas associativas do cérebro (como o córtex pré-frontal) sofreram uma expansão significativa. Essa expansão pode ter influenciado diretamente o surgimento de complexas habilidades cognitivas nos humanos. Foi descoberto que as áreas do cérebro que se expandiram rapidamente durante a evolução tinham uma conectividade estrutural e funcional mais fraca, enquanto as áreas sensoriais simples apresentavam uma conectividade mais forte.
Em crianças e adolescentes, a conectividade estrutural e funcional aumenta ativamente nas áreas frontais do cérebro, que são responsáveis pela função de inibição (ou seja, autocontrole). Assim, o desenvolvimento prolongado da conectividade estrutural e funcional nessas áreas pode melhorar a função executiva e o autocontrole, um processo que continua mesmo na idade adulta.
Para uma compreensão mais detalhada das nuances da pesquisa, recomendo visitar e para ele.
Epílogo
O cérebro humano sempre foi e continuará a ser um dos maiores mistérios da humanidade. É um mecanismo incrivelmente complexo que deve desempenhar inúmeras funções, controlar muitos processos e armazenar enormes volumes de informação. Para muitos pais, não há nada mais enigmático do que o cérebro de seus filhos adolescentes. Seu comportamento às vezes é difícil de chamar de lógico ou construtivo, no entanto, isso pode ser explicado pelo processo de seu desenvolvimento biológico e formação social.
É claro que as mudanças nas conexões estrutural-funcionais de determinadas áreas do cérebro e a influência das reorganizações hormonais podem ser uma justificação científica para o comportamento peculiar dos jovens, mas isso não significa que não devamos orientá-los. O ser humano não é, por natureza, um ser associal. Se alguém se afasta de outras pessoas, não é, certamente, devido à nossa predisposição biológica. Portanto, a participação ativa dos pais na vida de seus filhos é um aspecto extremamente importante para o seu desenvolvimento.
É importante entender que mesmo aos três anos de idade, a criança já é uma personalidade com seu próprio caráter, desejos e visão do mundo ao seu redor. O pai não deve se tornar invisível para seu filho, deixando-o navegar sozinho, mas também não deve se transformar em uma parede de concreto, isolando-o do conhecimento do mundo. Em alguns momentos, é preciso empurrar, em outros, segurar, dar total liberdade em certos casos e, em outros, afirmar a autoridade parental ao dizer um firme "não", mesmo que a criança não fique satisfeita.
Ser pai é difícil, ainda mais ser um bom pai. Mas também não é fácil ser adolescente. O corpo muda externamente, o cérebro muda, o ambiente muda (era escola, agora é universidade), o ritmo de vida muda. Nos dias de hoje, a vida muitas vezes se assemelha a uma Fórmula 1, onde não há espaço para a lentidão. Mas a alta velocidade traz grandes riscos, e um piloto inexperiente pode se machucar. A tarefa dos pais é se tornarem treinadores de seus filhos, para que, no futuro, possam deixá-los ir ao mundo, sem receio pelo seu futuro.
Alguns pais se consideram mais sábios que outros, alguns estão dispostos a seguir qualquer conselho ouvido na internet ou de um vizinho, enquanto para outros, os detalhes da educação simplesmente não importam. As pessoas são diferentes, mas assim como a comunicação é essencial entre as partes do cérebro humano, na educação a comunicação entre pais e filhos desempenha um dos papéis mais importantes.
Obrigado pela atenção, continuem curiosos e tenham um excelente fim de semana, pessoal! 🙂
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Fonte: habr.com
