Um dos “fenômenos” mais misteriosos e não totalmente compreendidos é o cérebro humano. Muitas questões giram em torno deste órgão complexo: 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 algumas pessoas gostam de espadilhas enquanto outras adoram azeitonas? Todas essas questões dizem respeito ao cérebro, porque é o processador central do corpo humano. Durante anos, os cientistas prestaram atenção especial aos cérebros de pessoas que de alguma forma se destacaram na multidão (desde gênios autodidatas até psicopatas calculistas). Mas há uma categoria de pessoas cujo comportamento incomum está associado à idade - os adolescentes. Muitos adolescentes têm um elevado senso de contradição, um espírito de aventureirismo e um desejo irresistível de encontrar aventura a seu favor. Cientistas da Universidade da Pensilvânia decidiram examinar mais de perto os misteriosos cérebros dos adolescentes e os processos que ocorrem neles. Aprendemos sobre o que eles conseguiram descobrir em seu relatório. Ir.
Base do estudo
Qualquer dispositivo tecnológico e qualquer órgão do corpo possuem uma arquitetura própria que lhes permite funcionar de forma eficaz. O córtex cerebral humano é organizado de acordo com uma hierarquia funcional, que vai desde unimodal córtex sensorial* e terminando com transmodal córtex de associação*.
O córtex sensorial* é a parte do córtex cerebral responsável pela recolha e processamento das informações recebidas dos sentidos (olhos, língua, nariz, ouvidos, pele e sistema vestibular).
O córtex de associação* é uma parte do córtex parietal do cérebro envolvida na implementação de movimentos planeados. Quando estamos prestes a realizar qualquer movimento, nosso cérebro deve saber onde estão localizados o corpo e suas partes que irão se mover naquele segundo, bem como onde estão localizados os objetos do ambiente externo com os quais planejamos interagir. Por exemplo, você quer pegar uma xícara e seu cérebro já sabe onde estão a mão e a própria xícara.
Esta hierarquia funcional é determinada pela anatomia das vias matéria branca*, que coordenam a atividade neural sincronizada e conhecimento*.
Matéria branca* — se a substância cinzenta consiste em neurônios, então a substância branca consiste em axônios cobertos de mielina, ao longo dos quais os impulsos são transmitidos do corpo celular para outras células e órgãos.
Conhecimento* (cognição) - um conjunto de processos associados à aquisição de novos conhecimentos sobre o mundo que nos rodeia.
A evolução do córtex cerebral em primatas e o desenvolvimento do cérebro humano são caracterizados pela expansão e remodelação direcionada a objetivos de áreas associativas transmodais, que são a base dos processos de representação sensorial de informações e regras abstratas para atingir objetivos.
O processo de desenvolvimento do cérebro leva muito tempo, durante o qual ocorrem muitos processos de melhoria do cérebro como sistema: mielinização*, poda sináptica* и т.д.
Mielinização* - os oligodendrócitos (um tipo de células auxiliares do sistema nervoso) envolvem uma ou outra parte do axônio, como resultado de um oligodendrócito se comunicar com vários neurônios ao mesmo tempo. Quanto mais ativo o axônio, mais mielinizado ele é, pois aumenta sua eficiência.
Poda sináptica* — reduzir o número de sinapses/neurônios para aumentar a eficiência do neurosistema, ou seja, livrar-se de conexões desnecessárias. Por outras palavras, trata-se da implementação do princípio “não pela quantidade, mas pela qualidade”.
Durante o desenvolvimento do cérebro, a especificação funcional é formada no córtex de associação transmodal, o que afeta diretamente o desenvolvimento de funções executivas de ordem superior, como memória de trabalho*, flexibilidade cognitiva* и controle inibitório*.
Memória de trabalho* - um sistema cognitivo para armazenamento temporário de informações. Este tipo de memória é ativado durante processos de pensamento contínuos e está envolvido na tomada de decisões e na formação de respostas comportamentais.
Flexibilidade cognitiva* - a capacidade de mudar de um pensamento para outro e/ou pensar em várias coisas ao mesmo tempo.
Controle inibitório* (resposta de inibição) é uma função executiva que supervisiona a capacidade de uma pessoa de suprimir suas reações comportamentais impulsivas (naturais, habituais ou dominantes) a estímulos, a fim de implementar uma resposta mais apropriada a uma situação específica (estímulo externo).
O estudo das conexões estruturais e funcionais do cérebro começou há muito tempo. Com o advento da teoria das redes, tornou-se possível visualizar as conexões estruturais-funcionais nos sistemas neurobiológicos e dividi-las em categorias. Em sua essência, a conectividade estrutura-função é o grau em que a distribuição das conexões anatômicas dentro de uma região do cérebro suporta a atividade neural sincronizada.
Foi encontrada uma forte relação entre medidas de conectividade estrutural e funcional em diferentes escalas espaço-temporais. Em outras palavras, métodos de pesquisa mais modernos permitiram categorizar certas áreas do cérebro de acordo com suas características funcionais associadas à idade da área e ao seu tamanho.
No entanto, os cientistas dizem que há atualmente poucas evidências de como as mudanças na arquitetura da substância branca durante o desenvolvimento do cérebro humano apoiam flutuações coordenadas na atividade neural.
A conectividade estrutural-funcional é a base para a comunicação funcional e ocorre quando o perfil de conectividade inter-regional da substância branca de 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, assim será possível avaliar o grau de força da ligação estrutural-funcional.
Para descrever a relação estrutural-funcional, os cientistas apresentaram três hipóteses que foram testadas durante o estudo.
A primeira hipótese afirma que a conectividade estrutura-função refletirá a especialização funcional da região cortical. Ou seja, o acoplamento estrutura-função será forte no córtex somatossensorial, devido a processos que determinam o desenvolvimento inicial de hierarquias sensoriais especializadas. Em contraste, a conectividade estrutura-função será baixa no córtex de associação transmodal, onde a comunicação funcional pode ser enfraquecida por restrições genéticas e anatômicas devido à rápida expansão evolutiva.
A segunda hipótese baseia-se na mielinização dependente da atividade de longo prazo durante o desenvolvimento e afirma que o desenvolvimento das conexões estrutura-função estará concentrado no córtex de associação transmodal.
Terceira hipótese: a ligação estrutural-funcional reflete a especialização funcional da região cortical. Portanto, pode-se supor que uma conexão estrutural-funcional mais forte no córtex de associação frontoparietal estará envolvida nos cálculos especializados necessários para a implementação das funções executivas.
Resultados do estudo
Para caracterizar o desenvolvimento da conectividade estrutura-função em adolescentes, os cientistas quantificaram até que ponto as conexões estruturais em diferentes regiões do cérebro suportam flutuações coordenadas na atividade neural.
Usando dados de neuroimagem multimodal de 727 participantes com idades entre 8 e 23 anos, a tractografia de difusão probabilística foi realizada e avaliou a conectividade funcional entre cada par de regiões corticais durante a performance. tarefas n-back*associada à atividade da memória operacional.
Problema n-back* - uma técnica para estimular a atividade de certas áreas do cérebro e testar a memória de trabalho. O sujeito recebe uma série de estímulos (visuais, sonoros, etc.). Ele deve determinar e indicar se este ou aquele estímulo estava presente n posições atrás. Por exemplo: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problema de 3 costas, onde uma determinada letra apareceu na 3ª posição anteriormente).
A conectividade funcional em estado de repouso reflete flutuações espontâneas na atividade neural. Mas durante uma tarefa de memória de trabalho, a conectividade funcional pode melhorar conexões neurais específicas ou populações envolvidas em funções executivas.
Imagem nº 1: Medindo a conectividade estrutural-funcional do cérebro humano.
Nós em redes cerebrais estruturais e funcionais foram identificados usando um parcelamento cortical de 400 áreas com base na homogeneidade funcional nos dados de ressonância magnética dos participantes do estudo. Para cada participante do estudo, perfis de conectividade regional foram extraídos de cada linha da matriz de conectividade estrutural ou funcional e representados 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 estrutural-funcionais coincide com as 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 muito ao longo do córtex.2A). Conexões mais fortes foram observadas nos córtices pré-frontais sensoriais primários e mediais. Mas nas regiões lateral, temporal e frontoparietal a conexão era bastante fraca.
Para uma avaliação mais compreensível da relação entre conectividade estrutural-funcional e especialização funcional, foi calculado o coeficiente de “participação”, que é uma representação gráfica da determinação quantitativa da conectividade entre áreas funcionalmente especializadas do cérebro. Cada uma das regiões do cérebro foi atribuída a sete redes neurais funcionais clássicas. Os nós neuronais do cérebro com alto coeficiente de participação demonstram diferentes conexões intermodulares (conexões entre regiões cerebrais) e, portanto, podem influenciar os processos de transferência de informações entre regiões, bem como sua dinâmica. Mas os nós com baixas taxas de participação mostram mais ligações locais dentro da própria região do cérebro, em vez de entre várias regiões. Simplificando, se o coeficiente for alto, diferentes áreas do cérebro interagem ativamente entre si; se for baixo, a atividade ocorre dentro da área sem conexão com as vizinhas (2C).
Em seguida, avaliou-se a relação entre a variabilidade da conectividade estrutural-funcional e a hierarquia funcional em macroescala. A conectividade estrutural-funcional coincide em grande parte com o gradiente subjacente de conectividade funcional: as áreas sensoriais unimodais mostram uma conectividade estrutural-funcional relativamente forte, enquanto as áreas transmodais no topo da hierarquia funcional mostram uma conectividade mais fraca (2D).
Verificou-se também que existe uma forte correlação entre a relação estrutural-funcional e a expansão evolutiva da área superficial do córtex (2E). As áreas sensoriais altamente conservadas tinham uma conectividade estrutura-função relativamente forte, enquanto as áreas transmodais altamente expandidas tinham uma conectividade mais fraca. Tais observações apoiam plenamente a hipótese de que a conectividade estrutura-função é um reflexo da hierarquia cortical da especialização funcional e da expansão evolutiva.
Imagem nº 3
Os cientistas lembram mais uma vez que pesquisas anteriores se concentraram principalmente no estudo da conectividade estrutural-funcional no cérebro adulto. No mesmo trabalho, a ênfase foi colocada no estudo do cérebro, que ainda está em processo de desenvolvimento, ou seja, no estudo do cérebro do adolescente.
Descobriu-se que, no cérebro do adolescente, as diferenças relacionadas à idade nas conexões estruturais-funcionais estavam amplamente distribuídas pelos córtices temporal lateral, parietal inferior e pré-frontal.3А). As melhorias de conectividade foram distribuídas desproporcionalmente pelas regiões corticais, por ex. estavam presentes em um subconjunto único de áreas corticais funcionalmente separadas (3V), o que não foi observado no cérebro adulto.
A magnitude das diferenças de idade na conectividade estrutural-funcional foi altamente correlacionada com a taxa de participação funcional (3S) e gradiente funcional (3D).
A distribuição espacial das diferenças relacionadas à idade nas conexões estruturais-funcionais também foi consistente com a expansão evolutiva do córtex. Um aumento na conectividade relacionado à idade foi observado no córtex de associação estendido, enquanto uma diminuição na conectividade relacionada à idade foi observada no córtex sensório-motor altamente conservado.3E).
Na fase seguinte do estudo, 294 participantes foram submetidos a um segundo exame cerebral 1.7 anos após o primeiro. Dessa forma, foi possível determinar a relação entre as alterações da conectividade estrutural-funcional relacionadas à idade e as alterações do desenvolvimento intraindividual. Para tanto, foram avaliadas mudanças longitudinais na conectividade estrutural-funcional.
Imagem nº 4
Houve uma correspondência significativa entre mudanças transversais e longitudinais relacionadas à idade na conectividade estrutural-funcional (4А).
Para testar a relação entre mudanças longitudinais na conectividade estrutural e funcional (4B) e mudanças longitudinais na taxa de participação funcional (4S) foi utilizada regressão linear. Descobriu-se que as mudanças longitudinais na conectividade correspondem a mudanças longitudinais na proporção de participação funcional em áreas de associação distribuídas de alta ordem, incluindo os córtices pré-frontais dorsal e medial, o córtex parietal inferior e o córtex temporal lateral.4D).
Imagem nº 5
Os cientistas procuraram então compreender as consequências das diferenças individuais na conectividade estrutural-funcional para o comportamento. Especificamente, se a conectividade estrutural-funcional durante uma tarefa de memória de trabalho pode explicar o desempenho executivo. Descobriu-se que melhorias no funcionamento executivo estão associadas a uma conectividade estrutural-funcional mais forte no córtex pré-frontal rostrolateral, no córtex cingulado posterior e no córtex occipital medial.5A).
A totalidade das observações descritas acima leva a várias conclusões principais. Primeiro, as mudanças regionais na conectividade estrutural-funcional são inversamente proporcionais à complexidade da função pela qual uma determinada região do cérebro é responsável. Uma conectividade estrutura-função mais forte foi encontrada em partes do cérebro especializadas no processamento de informações sensoriais simples (como sinais visuais). E as regiões cerebrais envolvidas em processos mais complexos (função executiva e controle inibitório) apresentaram menor conectividade estrutural-funcional.
A conectividade estrutural-funcional também foi considerada consistente com a expansão evolutiva do cérebro observada em primatas. Estudos comparativos anteriores de cérebros humanos, de primatas e de macacos mostraram que as áreas sensoriais (como o sistema visual) são altamente conservadas entre as espécies de primatas e não se expandiram muito durante a evolução recente. Mas as áreas de associação do cérebro (por exemplo, o córtex pré-frontal) sofreram uma expansão significativa. Talvez essa expansão tenha influenciado diretamente o surgimento de habilidades cognitivas complexas nos seres humanos. Verificou-se 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 tinham uma conectividade mais forte.
Em crianças e adolescentes, a conexão estrutural-funcional aumenta de forma bastante ativa nas áreas frontais do cérebro, que são responsáveis pela função de inibição (ou seja, autocontrole). Assim, o desenvolvimento a longo prazo da conectividade estrutural-funcional nestas áreas pode melhorar a função executiva e o autocontrolo, um processo que continua na idade adulta.
Para uma visão mais detalhada das nuances do estudo, recomendo dar uma olhada em и para ele.
Epílogo
O cérebro humano sempre foi e será por muito tempo um dos maiores mistérios da humanidade. Este é um mecanismo incrivelmente complexo que deve executar muitas funções, controlar muitos processos e armazenar grandes quantidades de informações. Para muitos pais, não há nada mais misterioso do que o cérebro dos filhos adolescentes. Seu comportamento às vezes é difícil de chamar de lógico ou construtivo, mas isso é explicado pelo processo de seu desenvolvimento biológico e formação social.
É claro que mudanças nas conexões estruturais e funcionais de certas áreas do cérebro e a influência das alterações hormonais podem ser uma justificativa científica para o comportamento peculiar dos jovens, mas isso não significa que não precisem ser direcionados. O homem não é por natureza um ser associal. Se alguém evita outras pessoas, certamente não é por causa da nossa predisposição biológica. Portanto, a participação ativa dos pais na vida dos filhos é um aspecto extremamente importante do seu desenvolvimento.
Também vale a pena entender que mesmo aos três anos a criança já é um indivíduo com caráter próprio, desejos próprios e visão própria do mundo ao seu redor. Um pai não deve tornar-se invisível para seu filho, deixando-o ir livremente, mas também não deve se transformar em um muro de concreto armado, protegendo-o do conhecimento do mundo. Em algum lugar você precisa empurrar, em algum lugar você precisa se conter, em algum lugar você precisa dar liberdade total e em algum lugar, mostrando autoridade parental, você precisa dizer um “não” firme, mesmo que a criança esteja insatisfeita com isso.
Ser pai é difícil, ser um bom pai é ainda mais difícil. Mas ser adolescente não é tão fácil. O corpo muda externamente, o cérebro muda, o ambiente muda (havia a escola, agora a universidade), o ritmo de vida muda. Hoje em dia, a vida muitas vezes se assemelha à Fórmula 1, onde não há lugar para a lentidão. Mas a alta velocidade traz um grande risco, então um piloto inexperiente pode se machucar. A tarefa de um pai é tornar-se um treinador de seu filho, a fim de liberá-lo com calma para o mundo no futuro, sem medo de seu futuro.
Alguns pais se consideram mais inteligentes do que outros, alguns estão prontos para implementar qualquer conselho que ouvem na Internet ou de um vizinho, e alguns são simplesmente “violetas” com todas as complexidades da criação de filhos. As pessoas são diferentes, mas assim como a comunicação entre as suas partes é importante no cérebro humano, a comunicação entre pais e filhos desempenha um dos papéis mais importantes na educação.
Obrigado pela leitura, fiquem curiosos e tenham um ótimo final de semana pessoal! 🙂
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Fonte: habr.com