Jedným z najzáhadnejších a nie úplne pochopených „javov“ je ľudský mozog. Okolo tohto zložitého orgánu sa točí veľa otázok: prečo snívame, ako emócie ovplyvňujú rozhodovanie, ktoré nervové bunky sú zodpovedné za vnímanie svetla a zvuku, prečo majú niektorí ľudia radi šproty, zatiaľ čo iní zbožňujú olivy? Všetky tieto otázky sa týkajú mozgu, pretože je centrálnym procesorom ľudského tela. Vedci roky venovali osobitnú pozornosť mozgom ľudí, ktorí nejakým spôsobom vyčnievali z davu (od géniov samoukov až po vypočítavých psychopatov). Existuje však kategória ľudí, ktorých nezvyčajné správanie je spojené s ich vekom - tínedžeri. Mnoho tínedžerov má zvýšený zmysel pre rozpor, ducha dobrodružstva a neodolateľnú túžbu nájsť dobrodružstvo vo svoj prospech. Vedci z Pennsylvánskej univerzity sa rozhodli bližšie pozrieť na záhadné mozgy tínedžerov a procesy, ktoré v nich prebiehajú. O tom, čo sa im podarilo zistiť, sa dozvedáme z ich správy. Choď.
Výskumný základ
Každé zariadenie v technológii a každý orgán v tele má svoju vlastnú architektúru, ktorá im umožňuje efektívne pracovať. Ľudská mozgová kôra je organizovaná podľa funkčnej hierarchie, od unimodálnej senzorická kôra* a končiac transmodálnou asociačná kôra*.
Senzorická kôra* je časť mozgovej kôry zodpovedná za zhromažďovanie a spracovanie informácií prijatých zo zmyslov (oči, jazyk, nos, uši, koža a vestibulárny systém).
Asociačná kôra* je časť parietálnej kôry mozgu, ktorá sa podieľa na realizácii plánovaných pohybov. Keď sa chystáme vykonať akýkoľvek pohyb, náš mozog musí vedieť, kde sa v tej sekunde nachádza telo a jeho časti, ktoré sa budú pohybovať, ako aj to, kde sa nachádzajú objekty vonkajšieho prostredia, s ktorými plánujeme interakciu. Napríklad chcete zobrať pohár a váš mozog už vie, kde sa ruka a samotný pohár nachádzajú.
Táto funkčná hierarchia je určená anatómiou dráh Biela hmota*, ktoré koordinujú synchronizovanú nervovú aktivitu a poznanie*.
Biela hmota* — ak sivá hmota pozostáva z neurónov, potom biela hmota pozostáva z axónov pokrytých myelínom, pozdĺž ktorých sa prenášajú impulzy z tela bunky do iných buniek a orgánov.
poznanie* (kognícia) – súbor procesov spojených so získavaním nových poznatkov o svete okolo nás.
Evolúciu mozgovej kôry u primátov a vývoj ľudského mozgu charakterizuje cielená expanzia a prestavba transmodálnych asociatívnych oblastí, ktoré sú základom procesov senzorickej reprezentácie informácií a abstraktných pravidiel na dosahovanie cieľov.
Proces vývoja mozgu trvá veľa času, počas ktorého dochádza k mnohým procesom zlepšovania mozgu ako systému: myelinizácia*, synaptické prerezávanie* atď
myelinizácia* - oligodendrocyty (druh pomocných buniek nervového systému) obaľujú jednu alebo druhú časť axónu, v dôsledku čoho jeden oligodendrocyt komunikuje s niekoľkými neurónmi naraz. Čím je axón aktívnejší, tým je myelinizovanejší, pretože to zvyšuje jeho účinnosť.
Synaptické prerezávanie* — zníženie počtu synapsií/neurónov na zvýšenie účinnosti neuro-systému, t.j. zbaviť sa zbytočných spojení. Inými slovami, ide o implementáciu princípu „nie kvantitou, ale kvalitou“.
Počas vývoja mozgu sa v transmodálnej asociačnej kôre formuje funkčná špecifikácia, ktorá priamo ovplyvňuje rozvoj exekutívnych funkcií vyššieho rádu, ako napr. operačná pamäť*, kognitívna flexibilita* и inhibičná kontrola*.
Pracovná pamäť* - kognitívny systém na dočasné uchovávanie informácií. Tento typ pamäte sa aktivuje počas prebiehajúcich myšlienkových procesov a podieľa sa na rozhodovaní a vytváraní behaviorálnych reakcií.
Kognitívna flexibilita* - schopnosť prechádzať z jednej myšlienky na druhú a/alebo myslieť na niekoľko vecí naraz.
Inhibičná kontrola* (inhibičná odpoveď) je výkonná funkcia, ktorá dohliada na schopnosť človeka potlačiť jeho impulzívne (prirodzené, navyknuté alebo dominantné) behaviorálne reakcie na podnety s cieľom implementovať vhodnejšiu reakciu na konkrétnu situáciu (vonkajší podnet).
Štúdium štruktúrno-funkčných spojení mozgu začalo už pomerne dávno. S príchodom teórie sietí bolo možné vizualizovať štrukturálne-funkčné spojenia v neurobiologických systémoch a rozdeliť ich do kategórií. Vo svojom jadre je konektivita štruktúry a funkcie miera, do akej distribúcia anatomických spojení v oblasti mozgu podporuje synchronizovanú nervovú aktivitu.
Zistil sa silný vzťah medzi mierami štrukturálnej a funkčnej konektivity v rôznych časopriestorových mierkach. Inými slovami, modernejšie metódy výskumu umožnili kategorizovať určité oblasti mozgu podľa ich funkčných charakteristík spojených s vekom oblasti a jej veľkosťou.
Vedci však tvrdia, že v súčasnosti existuje len málo dôkazov o tom, ako zmeny v architektúre bielej hmoty počas vývoja ľudského mozgu podporujú koordinované výkyvy nervovej aktivity.
Štrukturálne-funkčná konektivita je základom funkčnej komunikácie a vyskytuje sa, keď medziregionálny profil prepojenia bielej hmoty kortikálnej oblasti predpovedá silu medziregionálnej funkčnej konektivity. To znamená, že aktivita bielej hmoty sa prejaví v aktivácii exekutívnych funkcií mozgu, čím bude možné posúdiť stupeň pevnosti štruktúrno-funkčného spojenia.
Na opísanie štrukturálneho a funkčného vzťahu vedci predložili tri hypotézy, ktoré boli testované počas štúdie.
Prvá hypotéza uvádza, že konektivita štruktúry a funkcie bude odrážať funkčnú špecializáciu kortikálnej oblasti. To znamená, že konektivita štruktúry a funkcie bude silná v somatosenzorickom kortexe v dôsledku procesov, ktoré určujú skorý vývoj špecializovaných zmyslových hierarchií. Naproti tomu konektivita štruktúry a funkcie bude nízka v transmodálnej asociačnej kôre, kde môže byť funkčná komunikácia oslabená genetickými a anatomickými obmedzeniami v dôsledku rýchlej evolučnej expanzie.
Druhá hypotéza je založená na dlhodobej myelinizácii závislej od aktivity počas vývoja a uvádza, že vývoj štruktúrno-funkčných spojení sa bude koncentrovať v transmodálnej asociačnej kôre.
Tretia hypotéza: štrukturálne-funkčné spojenie odráža funkčnú špecializáciu kortikálnej oblasti. Dá sa preto predpokladať, že silnejšie štruktúrno-funkčné prepojenie vo frontoparietálnom asociačnom kortexe bude zapojené do špecializovaných výpočtov nevyhnutných pre realizáciu exekutívnych funkcií.
Výsledky štúdie
Aby sa charakterizoval vývoj konektivity štruktúry a funkcie u dospievajúcich, vedci kvantifikovali rozsah, v akom štrukturálne spojenia v rôznych oblastiach mozgu podporujú koordinované fluktuácie nervovej aktivity.
Pomocou multimodálnych neuroimagingových údajov od 727 účastníkov vo veku 8 až 23 rokov sa vykonala pravdepodobnostná difúzna traktografia a hodnotila sa funkčná konektivita medzi každým párom kortikálnych oblastí počas výkonu. n-back úloh*spojené s činnosťou pracovnej pamäte.
problém s chrbtom* - technika na stimuláciu činnosti určitých oblastí mozgu a testovanie pracovnej pamäte. Subjektu sa poskytuje množstvo podnetov (vizuálnych, zvukových atď.). Musí určiť a uviesť, či ten alebo onen stimul bol prítomný pred n polohami. Napríklad: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problém s 3 zadnými stranami, kde sa určité písmeno objavilo skôr na 3. pozícii).
Funkčná konektivita v pokojovom stave odráža spontánne výkyvy nervovej aktivity. Ale počas úlohy pracovnej pamäte môže funkčná konektivita zlepšiť špecifické nervové spojenia alebo populácie zapojené do výkonných funkcií.
Obrázok č.1: Meranie štrukturálno-funkčnej konektivity ľudského mozgu.
Uzly v štrukturálnych a funkčných mozgových sieťach boli identifikované pomocou 400-plošnej kortikálnej parcelácie založenej na funkčnej homogenite v údajoch MRI účastníkov štúdie. Pre každého účastníka štúdie boli z každého riadku štrukturálnej alebo funkčnej matice konektivity extrahované regionálne profily konektivity a reprezentované ako vektory sily konektivity z jedného uzla neurónovej siete do všetkých ostatných uzlov.
Najprv vedci skontrolovali, či sa priestorové rozloženie štrukturálnych a funkčných spojení zhoduje so základnými vlastnosťami kortikálnej organizácie.
Obrázok č. 2
Stojí za zmienku, že vzťah medzi regionálnymi štrukturálnymi a funkčnými profilmi konektivity sa v celej kôre značne líšil (2A). Silnejšie spojenia boli pozorované v primárnych senzorických a mediálnych prefrontálnych kôrach. Ale v laterálnych, časových a frontoparietálnych oblastiach bolo spojenie dosť slabé.
Pre zrozumiteľnejšie posúdenie vzťahu medzi štrukturálno-funkčnou konektivitou a funkčnou špecializáciou bol vypočítaný „participačný“ koeficient, ktorý je grafickým znázornením kvantitatívneho určenia konektivity medzi funkčne špecializovanými oblasťami mozgu. Každá z oblastí mozgu bola priradená siedmim klasickým funkčným neurónovým sieťam. Neurónové uzliny mozgu s vysokým koeficientom participácie vykazujú rôzne intermodulárne spojenia (prepojenia medzi oblasťami mozgu), a preto môžu ovplyvňovať procesy prenosu informácií medzi oblasťami, ako aj ich dynamiku. Ale uzly s nízkou mierou účasti vykazujú viac lokálnych spojení v rámci samotnej oblasti mozgu, a nie medzi niekoľkými oblasťami. Jednoducho povedané, ak je koeficient vysoký, rôzne oblasti mozgu spolu aktívne interagujú, ak je nízky, aktivita nastáva v oblasti bez spojenia so susednými (2C).
Ďalej bol hodnotený vzťah medzi variabilitou štrukturálno-funkčnej konektivity a makroškálovou funkčnou hierarchiou. Štrukturálne-funkčná konektivita sa do značnej miery zhoduje so základným gradientom funkčnej konektivity: unimodálne zmyslové oblasti vykazujú relatívne silnú štrukturálno-funkčnú konektivitu, zatiaľ čo transmodálne oblasti na vrchole funkčnej hierarchie vykazujú slabšiu konektivitu (2D).
Zistilo sa tiež, že existuje silná korelácia medzi štrukturálno-funkčným vzťahom a evolučnou expanziou povrchovej plochy kôry (2E). Vysoko konzervované senzorické oblasti mali relatívne silnú konektivitu štruktúry a funkcie, zatiaľ čo vysoko rozšírené transmodálne oblasti mali slabšiu konektivitu. Takéto pozorovania plne podporujú hypotézu, že konektivita štruktúry a funkcie je odrazom kortikálnej hierarchie funkčnej špecializácie a evolučnej expanzie.
Obrázok č. 3
Vedci opäť pripomínajú, že predchádzajúci výskum bol z veľkej časti zameraný na štúdium štrukturálno-funkčnej konektivity v mozgu dospelých. V tej istej práci bol kladený dôraz na štúdium mozgu, ktorý je stále v procese vývoja, t.j. o štúdiu mozgu dospievajúcich.
Zistilo sa, že v mozgu dospievajúcich boli rozdiely súvisiace s vekom v štrukturálno-funkčných spojeniach široko distribuované cez laterálne temporálne, dolné parietálne a prefrontálne kortexy (3А). Vylepšenia konektivity boli neúmerne rozdelené medzi kortikálne oblasti, napr. boli prítomné v jedinečnej podskupine funkčne oddelených kortikálnych oblastí (3V), ktorý nebol pozorovaný v mozgu dospelých.
Veľkosť vekových rozdielov v štrukturálno-funkčnej konektivite vysoko korelovala s mierou funkčnej účasti (3S) a funkčný gradient (3D).
Priestorové rozloženie vekových rozdielov v štrukturálno-funkčných spojeniach bolo tiež v súlade s evolučným rozširovaním kôry. Zvýšenie konektivity súvisiace s vekom bolo pozorované v rozšírenej asociačnej kôre, zatiaľ čo zníženie konektivity súvisiace s vekom bolo pozorované vo vysoko konzervovanej senzomotorickej kôre (3E).
V ďalšej fáze štúdie podstúpilo 294 účastníkov druhé vyšetrenie mozgu 1.7 roka po prvom. Týmto spôsobom bolo možné určiť vzťah medzi zmenami v štruktúrno-funkčnej konektivite súvisiacimi s vekom a intraindividuálnymi vývojovými zmenami. Na tento účel boli hodnotené pozdĺžne zmeny v štruktúrno-funkčnej konektivite.
Obrázok č. 4
Medzi prierezovými a pozdĺžnymi zmenami súvisiacimi s vekom v štrukturálno-funkčnej konektivite bola významná zhoda (4А).
Testovať vzťah medzi pozdĺžnymi zmenami v štrukturálnej a funkčnej konektivite (4B) a dlhodobé zmeny v miere funkčnej participácie (4S) bola použitá lineárna regresia. Zistilo sa, že pozdĺžne zmeny v konektivite zodpovedajú pozdĺžnym zmenám v pomere funkčnej účasti v distribuovaných asociačných oblastiach vysokého rádu, vrátane dorzálnych a mediálnych prefrontálnych kortexov, dolnej parietálnej kôry a laterálnej temporálnej kôry (4D).
Obrázok č. 5
Vedci sa potom snažili pochopiť dôsledky individuálnych rozdielov v štrukturálno-funkčnej konektivite na správanie. Konkrétne, či štrukturálne-funkčné prepojenie počas úlohy pracovnej pamäte môže vysvetliť výkonný výkon. Zistilo sa, že zlepšenie výkonného fungovania súvisí so silnejšou štrukturálno-funkčnou konektivitou v rostrolaterálnom prefrontálnom kortexe, zadnej cingulárnej kôre a mediálnej okcipitálnej kôre (5A).
Súhrn vyššie opísaných pozorovaní vedie k niekoľkým hlavným záverom. Po prvé, regionálne zmeny v štruktúrno-funkčnej konektivite sú nepriamo úmerné zložitosti funkcie, za ktorú je zodpovedný konkrétny región mozgu. Silnejšie prepojenie štruktúry a funkcie sa zistilo v častiach mozgu, ktoré sa špecializujú na spracovanie jednoduchých zmyslových informácií (ako sú vizuálne signály). A oblasti mozgu zapojené do zložitejších procesov (výkonná funkcia a inhibičná kontrola) mali nižšiu štruktúrno-funkčnú konektivitu.
Zistilo sa tiež, že štrukturálne a funkčné prepojenie je v súlade s evolučným rozšírením mozgu pozorovaným u primátov. Predchádzajúce porovnávacie štúdie mozgu ľudí, primátov a opíc ukázali, že zmyslové oblasti (ako je vizuálny systém) sú medzi druhmi primátov vysoko konzervované a počas nedávnej evolúcie sa príliš nerozšírili. Ale asociačné oblasti mozgu (napríklad prefrontálna kôra) prešli významným rozšírením. Možno toto rozšírenie priamo ovplyvnilo vznik komplexných kognitívnych schopností u ľudí. Zistilo sa, že oblasti mozgu, ktoré sa počas evolúcie rýchlo rozširovali, mali slabšiu štrukturálnu a funkčnú konektivitu, zatiaľ čo jednoduché zmyslové oblasti mali silnejšiu konektivitu.
U detí a dospievajúcich sa štrukturálne-funkčné spojenie pomerne aktívne zvyšuje vo frontálnych oblastiach mozgu, ktoré sú zodpovedné za inhibičnú funkciu (t. j. sebakontrolu). Dlhodobý rozvoj štrukturálno-funkčnej konektivity v týchto oblastiach teda môže zlepšiť výkonnú funkciu a sebakontrolu, čo je proces, ktorý pokračuje až do dospelosti.
Pre podrobnejšie informácie o nuansách štúdie odporúčam pozrieť sa и jemu.
Epilóg
Ľudský mozog vždy bol a dlho bude jednou z najväčších záhad ľudstva. Ide o neuveriteľne zložitý mechanizmus, ktorý musí vykonávať mnoho funkcií, riadiť množstvo procesov a uchovávať obrovské množstvo informácií. Pre mnohých rodičov nie je nič záhadnejšie ako mozog ich dospievajúcich detí. Ich správanie je niekedy ťažké nazvať logickým alebo konštruktívnym, ale vysvetľuje sa to procesom ich biologického vývoja a sociálneho formovania.
Samozrejme, zmeny v štrukturálnych a funkčných prepojeniach určitých oblastí mozgu a vplyv hormonálnych zmien môžu byť vedeckým ospravedlnením zvláštneho správania mladých ľudí, to však neznamená, že ich netreba usmerňovať. Človek od prírody nie je asociálna bytosť. Ak sa niekto vyhýba iným ľuďom, určite to nie je kvôli našej biologickej predispozícii. Preto je aktívna účasť rodičov na živote ich detí mimoriadne dôležitým aspektom ich rozvoja.
Oplatí sa pochopiť aj to, že aj vo veku troch rokov je už dieťa individualitou s vlastným charakterom, vlastnými túžbami a vlastným pohľadom na svet okolo seba. Rodič by sa nemal stať pre svoje dieťa neviditeľným, nechať ho voľne ísť, ale nemal by sa zmeniť na železobetónový múr, ktorý ho chráni pred poznaním sveta. Niekde musíte tlačiť, niekde sa musíte držať späť, niekde musíte dať úplnú slobodu a niekde, prejavujúc rodičovskú autoritu, musíte povedať pevné „nie“, aj keď je s tým dieťa nespokojné.
Byť rodičom je ťažké, byť dobrým rodičom je ešte ťažšie. Byť tínedžerom však nie je také jednoduché. Telo sa mení navonok, mení sa mozog, mení sa prostredie (bola škola a teraz univerzita), mení sa rytmus života. Život v súčasnosti často pripomína Formulu 1, v ktorej nie je miesto pre pomalosť. Vysoká rýchlosť však prináša veľké riziko, takže neskúsený jazdec sa môže zraniť. Úlohou rodiča je stať sa trénerom svojho dieťaťa, aby ho v budúcnosti pokojne vypustil do sveta, bez obáv o svoju budúcnosť.
Niektorí rodičia sa považujú za múdrejších ako iní, niektorí sú pripravení implementovať každú radu, ktorú počujú na internete alebo od suseda, a niektorí sú jednoducho „fialoví“ vo všetkých zložitostiach rodičovstva. Ľudia sú rôzni, no tak ako je v ľudskom mozgu dôležitá komunikácia medzi jeho časťami, tak komunikácia medzi rodičmi a ich deťmi zohráva jednu z najdôležitejších úloh vo výchove.
Ďakujeme za sledovanie, buďte zvedaví a prajeme všetkým pekný víkend! 🙂
Nejaké inzeráty 🙂
Ďakujeme, že ste zostali s nami. Páčia sa vám naše články? Chcete vidieť viac zaujímavého obsahu? Podporte nás zadaním objednávky alebo odporučením priateľom, , jedinečný analóg serverov základnej úrovne, ktorý sme pre vás vymysleli: (k dispozícii s RAID1 a RAID10, až 24 jadier a až 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 krát lacnejší v dátovom centre Equinix Tier IV v Amsterdame? Len tu v Holandsku! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gb/s 100 TB – od 99 USD! Čítať o
Zdroj: hab.com