Eden najbolj skrivnostnih in ne povsem razumljenih »fenomenov« so človeški možgani. Okoli tega zapletenega organa se vrti veliko vprašanj: zakaj sanjamo, kako čustva vplivajo na odločanje, katere živčne celice so odgovorne za zaznavanje svetlobe in zvoka, zakaj nekateri obožujejo papaline, drugi pa olive? Vsa ta vprašanja zadevajo možgane, saj so osrednji procesor človeškega telesa. Znanstveniki že leta posvečajo posebno pozornost možganom ljudi, ki so nekako izstopali iz množice (od genijev samoukov do preračunljivih psihopatov). Vendar pa obstaja kategorija ljudi, katerih nenavadno vedenje je povezano z njihovo starostjo - najstniki. Številni najstniki imajo povečan občutek protislovja, avanturistični duh in neustavljivo željo po iskanju avanture v svojo korist. Znanstveniki z Univerze v Pensilvaniji so se odločili, da bodo pod drobnogled vzeli skrivnostne možgane najstnikov in procese, ki se v njih odvijajo. O tem, kaj jim je uspelo izvedeti, izvemo iz njihovega poročila. pojdi
Raziskovalna osnova
Vsaka naprava v tehnologiji in vsak organ v telesu ima svojo lastno arhitekturo, ki jim omogoča učinkovito delovanje. Človeška možganska skorja je organizirana v skladu s funkcionalno hierarhijo, ki sega od unimodalne senzorični korteks* in konča s transmodalnim asociacijska skorja*.
Senzorična skorja* je del možganske skorje, odgovoren za zbiranje in obdelavo informacij, prejetih od čutil (oči, jezik, nos, ušesa, koža in vestibularni sistem).
Asociacijska skorja* je del parietalne skorje možganov, ki sodeluje pri izvajanju načrtovanih gibov. Ko nameravamo izvesti kakršen koli gib, morajo naši možgani vedeti, kje se v tisti sekundi nahaja telo in njegovi deli, ki se bodo premikali, pa tudi, kje se nahajajo predmeti zunanjega okolja, s katerimi nameravamo komunicirati. Na primer, želite vzeti skodelico, vaši možgani pa že vedo, kje se nahajata roka in sama skodelica.
To funkcionalno hierarhijo določa anatomija poti bela snov*, ki usklajujejo sinhronizirano nevronsko aktivnost in spoznanje*.
Bela snov* — če je siva snov sestavljena iz nevronov, potem je bela snov sestavljena iz aksonov, prekritih z mielinom, po katerih se impulzi prenašajo iz celičnega telesa v druge celice in organe.
spoznanje* (kognicija) - niz procesov, povezanih s pridobivanjem novega znanja o svetu okoli nas.
Za evolucijo možganske skorje pri primatih in razvoj človeških možganov je značilno ciljno usmerjeno širjenje in preoblikovanje transmodalnih asociativnih območij, ki so osnova procesov senzorične reprezentacije informacij in abstraktnih pravil za doseganje ciljev.
Proces razvoja možganov traja veliko časa, v katerem potekajo številni procesi izboljšanja možganov kot sistema: mielinizacija*, sinaptično obrezovanje* itd
mielinizacija* - oligodendrociti (vrsta pomožnih celic živčnega sistema) obdajajo en ali drug del aksona, zaradi česar en oligodendrocit komunicira z več nevroni hkrati. Bolj ko je akson aktiven, bolj je mieliniziran, saj se s tem poveča njegova učinkovitost.
Sinaptično obrezovanje* — zmanjšanje števila sinaps/nevronov za povečanje učinkovitosti nevrosistema, tj. znebiti se nepotrebnih povezav. Z drugimi besedami, to je izvajanje načela "ne po količini, ampak po kakovosti."
Med razvojem možganov se v transmodalni asociacijski skorji oblikuje funkcionalna specifikacija, ki neposredno vpliva na razvoj izvršilnih funkcij višjega reda, kot je npr. delovni spomin*, kognitivna fleksibilnost* и zaviralni nadzor*.
Delovni spomin* - kognitivni sistem za začasno shranjevanje informacij. Ta vrsta spomina se aktivira med tekočimi miselnimi procesi in je vključena v odločanje in oblikovanje vedenjskih odzivov.
Kognitivna prilagodljivost* - sposobnost preklopa z ene misli na drugo in/ali razmišljanja o več stvareh hkrati.
Inhibitorni nadzor* (inhibicijski odziv) je izvršilna funkcija, ki nadzira človekovo sposobnost, da zatre svoje impulzivne (naravne, navadne ali dominantne) vedenjske reakcije na dražljaje, da bi uveljavil ustreznejši odziv na specifično situacijo (zunanji dražljaj).
Preučevanje strukturno-funkcionalnih povezav možganov se je začelo že dolgo nazaj. S pojavom teorije omrežij je postalo mogoče vizualizirati strukturno-funkcionalne povezave v nevrobioloških sistemih in jih razdeliti v kategorije. V svojem bistvu je povezljivost struktura-funkcija stopnja, do katere porazdelitev anatomskih povezav v možganski regiji podpira sinhronizirano nevronsko aktivnost.
Ugotovljena je bila močna povezava med merami strukturne in funkcionalne povezanosti na različnih prostorsko-časovnih lestvicah. Z drugimi besedami, sodobnejše raziskovalne metode so omogočile kategorizacijo določenih predelov možganov glede na njihove funkcionalne značilnosti, povezane s starostjo območja in njegovo velikostjo.
Vendar pa znanstveniki pravijo, da je trenutno malo dokazov o tem, kako spremembe v arhitekturi bele snovi med razvojem človeških možganov podpirajo usklajena nihanja nevronske aktivnosti.
Strukturno-funkcionalna povezljivost je osnova za funkcionalno komunikacijo in se pojavi, ko medregionalni profil povezljivosti bele snovi kortikalne regije napove moč medregionalne funkcionalne povezanosti. To pomeni, da se bo aktivnost bele snovi odrazila v aktivaciji izvršilnih funkcij možganov, s čimer bo mogoče oceniti stopnjo moči strukturno-funkcionalne povezave.
Za opis strukturno-funkcionalnega razmerja so znanstveniki postavili tri hipoteze, ki so bile preizkušene med študijo.
Prva hipoteza trdi, da bo povezljivost strukture in funkcije odražala funkcionalno specializacijo kortikalne regije. To pomeni, da bo povezljivost med strukturo in funkcijo močna v somatosenzorični skorji zaradi procesov, ki določajo zgodnji razvoj specializiranih senzoričnih hierarhij. V nasprotju s tem bo povezljivost strukture in funkcije nizka v transmodalni asociacijski skorji, kjer lahko funkcionalno komunikacijo oslabijo genetske in anatomske omejitve zaradi hitrega evolucijskega širjenja.
Druga hipoteza temelji na dolgotrajni mielinaciji, odvisni od aktivnosti med razvojem, in pravi, da bo razvoj povezav med strukturo in funkcijo koncentriran v transmodalni asociacijski skorji.
Tretja hipoteza: strukturno-funkcionalna povezava odraža funkcionalno specializacijo kortikalne regije. Zato lahko domnevamo, da bo močnejša strukturno-funkcionalna povezava v frontoparietalni asociacijski skorji vključena v specializirane izračune, potrebne za izvajanje izvršilnih funkcij.
Rezultati raziskav
Da bi opredelili razvoj povezljivosti strukture in funkcije pri mladostnikih, so znanstveniki kvantificirali obseg, do katerega strukturne povezave v različnih možganskih regijah podpirajo usklajena nihanja nevronske aktivnosti.
Z uporabo multimodalnih nevroslikovnih podatkov 727 udeležencev, starih od 8 do 23 let, je bila izvedena verjetnostna difuzijska traktografija in ocenjena funkcionalna povezljivost med vsakim parom kortikalnih regij med izvedbo. n-back nalog*povezana z aktivnostjo delovnega spomina.
Težava n-back* - tehnika za spodbujanje aktivnosti določenih predelov možganov in testiranje delovnega spomina. Subjekt dobi številne dražljaje (vizualne, zvočne itd.). Ugotoviti in navesti mora, ali je bil ta ali oni dražljaj prisoten pred n položaji. Na primer: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (problem 3 nazaj, kjer se je določena črka prej pojavila na 3. mestu).
Funkcionalna povezljivost v stanju mirovanja odraža spontana nihanja živčne aktivnosti. Toda med nalogo delovnega spomina lahko funkcionalna povezljivost okrepi specifične nevronske povezave ali populacije, vključene v izvršilne funkcije.
Slika #1: Merjenje strukturno-funkcionalne povezanosti človeških možganov.
Vozlišča v strukturnih in funkcionalnih možganskih mrežah so bila identificirana z uporabo 400-območne kortikalne parcelacije na podlagi funkcionalne homogenosti v podatkih MRI udeležencev študije. Za vsakega udeleženca študije so bili regionalni povezovalni profili ekstrahirani iz vsake vrstice strukturne ali funkcionalne povezovalne matrike in predstavljeni kot vektorji moči povezljivosti od enega vozlišča nevronske mreže do vseh drugih vozlišč.
Za začetek so znanstveniki preverili, ali prostorska porazdelitev strukturno-funkcionalnih povezav sovpada s temeljnimi lastnostmi kortikalne organizacije.
Slika #2
Treba je omeniti, da se razmerje med regionalnimi strukturnimi in funkcionalnimi profili povezljivosti močno razlikuje po korteksu (2A). Močnejše povezave so opazili v primarni senzorični in medialni prefrontalni skorji. Toda v lateralnem, časovnem in frontoparetalnem predelu je bila povezava precej šibka.
Za bolj razumljivo oceno razmerja med strukturno-funkcionalno povezanostjo in funkcionalno specializacijo je bil izračunan »participacijski« koeficient, ki je grafični prikaz kvantitativne določitve povezanosti med funkcionalno specializiranimi predeli možganov. Vsaka od možganskih regij je bila dodeljena sedmim klasičnim funkcionalnim nevronskim mrežam. Nevronski vozli v možganih z visokim koeficientom udeležbe izkazujejo različne intermodularne povezave (povezave med možganskimi regijami) in tako lahko vplivajo na procese prenosa informacij med regijami ter njihovo dinamiko. Toda vozlišča z nizko stopnjo udeležbe kažejo več lokalnih povezav znotraj same možganske regije, ne pa med več regijami. Preprosto povedano, če je koeficient visok, različna področja možganov aktivno sodelujejo med seboj; če je nizek, se aktivnost dogaja znotraj območja brez povezave s sosednjimi (2C).
Nato je bilo ocenjeno razmerje med variabilnostjo strukturno-funkcionalne povezanosti in funkcionalno hierarhijo na makro lestvici. Strukturno-funkcionalna povezljivost v veliki meri sovpada z osnovnim gradientom funkcionalne povezljivosti: unimodalna senzorična področja kažejo relativno močno strukturno-funkcionalno povezljivost, medtem ko transmodalna področja na vrhu funkcionalne hierarhije kažejo šibkejšo povezljivost (2D).
Ugotovljeno je bilo tudi, da obstaja močna korelacija med strukturno-funkcionalnim odnosom in evolucijsko širitvijo površine korteksa (2E). Visoko ohranjena senzorična področja so imela razmeroma močno strukturno-funkcionalno povezljivost, medtem ko so imela zelo razširjena transmodalna območja šibkejšo povezljivost. Takšna opažanja v celoti podpirajo hipotezo, da je povezljivost strukture in funkcije odraz kortikalne hierarhije funkcionalne specializacije in evolucijske ekspanzije.
Slika #3
Znanstveniki ponovno opozarjajo, da so bile dosedanje raziskave v veliki meri usmerjene v preučevanje strukturno-funkcionalne povezanosti v možganih odraslih. V istem delu je bil poudarek na preučevanju možganov, ki so še v procesu razvoja, tj. o preučevanju mladostniških možganov.
Ugotovljeno je bilo, da so bile v mladostniških možganih s starostjo povezane razlike v strukturno-funkcionalnih povezavah široko porazdeljene po lateralnem temporalnem, spodnjem parietalnem in prefrontalnem korteksu (3А). Izboljšave povezljivosti so bile nesorazmerno porazdeljene po kortikalnih regijah, npr. bili prisotni v edinstveni podskupini funkcionalno ločenih kortikalnih področij (3V), ki ga v možganih odraslih niso opazili.
Velikost starostnih razlik v strukturno-funkcionalni povezanosti je bila močno povezana s stopnjo funkcionalne udeležbe (3S) in funkcionalni gradient (3D).
Tudi prostorska porazdelitev starostnih razlik v strukturno-funkcionalnih povezavah je bila skladna z evolucijskim širjenjem korteksa. S starostjo povezano povečanje povezljivosti so opazili v razširjeni asociacijski skorji, medtem ko so s starostjo povezano zmanjšanje povezljivosti opazili v visoko ohranjeni senzomotorični skorji (3E).
V naslednji fazi študije je 294 udeležencev opravilo drugi pregled možganov 1.7 leta po prvem. Na ta način je bilo mogoče ugotoviti razmerje med starostnimi spremembami v strukturno-funkcionalni povezanosti in intraindividualnimi razvojnimi spremembami. V ta namen so bile ocenjene longitudinalne spremembe strukturno-funkcionalne povezanosti.
Slika #4
Med presečnimi in longitudinalnimi s starostjo povezanimi spremembami v strukturno-funkcionalni povezanosti je bilo pomembno ujemanje (4А).
Za testiranje razmerja med longitudinalnimi spremembami v strukturni in funkcionalni povezanosti (4B) in longitudinalne spremembe stopnje funkcionalne udeležbe (4S) je bila uporabljena linearna regresija. Ugotovljeno je bilo, da longitudinalne spremembe v povezljivosti ustrezajo longitudinalnim spremembam v razmerju funkcionalne udeležbe v porazdeljenih asociacijskih območjih visokega reda, vključno z dorzalnim in medialnim prefrontalnim korteksom, spodnjim parietalnim korteksom in lateralno temporalno skorjo (4D).
Slika #5
Znanstveniki so nato poskušali razumeti posledice individualnih razlik v strukturno-funkcionalni povezanosti za vedenje. Natančneje, ali lahko strukturno-funkcionalna povezljivost med nalogo delovnega pomnilnika pojasni izvršilno uspešnost. Ugotovljeno je bilo, da je izboljšanje izvršilnega delovanja povezano z močnejšo strukturno-funkcionalno povezanostjo v rostrolateralnem prefrontalnem korteksu, posteriornem cingularnem korteksu in medialnem okcipitalnem korteksu (5A).
Skupek zgoraj opisanih opažanj vodi do več glavnih zaključkov. Prvič, regionalne spremembe v strukturno-funkcionalni povezanosti so obratno sorazmerne s kompleksnostjo funkcije, za katero je odgovorna določena možganska regija. Močnejša povezljivost strukture in funkcije je bila ugotovljena v delih možganov, ki so specializirani za obdelavo preprostih senzoričnih informacij (kot so vizualni signali). In možganske regije, ki so vključene v bolj zapletene procese (izvršilna funkcija in inhibitorni nadzor), so imele nižjo strukturno-funkcionalno povezanost.
Ugotovljeno je bilo tudi, da je strukturno-funkcionalna povezljivost skladna z evolucijsko širitvijo možganov, opaženo pri primatih. Prejšnje primerjalne študije človeških, primatskih in opičjih možganov so pokazale, da so senzorična področja (kot je vidni sistem) med vrstami primatov zelo ohranjena in se med nedavno evolucijo niso veliko razširila. Toda asociacijska področja možganov (na primer prefrontalni korteks) so se močno razširila. Morda je ta širitev neposredno vplivala na nastanek kompleksnih kognitivnih sposobnosti pri ljudeh. Ugotovljeno je bilo, da so imeli predeli možganov, ki so se med evolucijo hitro razširili, šibkejšo strukturno in funkcionalno povezljivost, medtem ko so imeli preprosti senzorični predeli močnejšo povezljivost.
Pri otrocih in mladostnikih se strukturno-funkcionalna povezava precej aktivno poveča v čelnih predelih možganov, ki so odgovorni za inhibicijo (t.j. samokontrolo). Tako lahko dolgoročni razvoj strukturno-funkcionalne povezanosti na teh področjih izboljša izvršilno funkcijo in samokontrolo, proces, ki se nadaljuje v odrasli dobi.
Za podrobnejši vpogled v nianse študije priporočam ogled и njemu.
Epilog
Človeški možgani so bili in bodo še dolgo ena največjih skrivnosti človeštva. To je neverjetno zapleten mehanizem, ki mora opravljati številne funkcije, nadzorovati številne procese in shranjevati ogromne količine informacij. Za mnoge starše ni nič bolj skrivnostnega kot možgani njihovih najstniških otrok. Njihovo vedenje je včasih težko imenovati logično ali konstruktivno, vendar je to razloženo s procesom njihovega biološkega razvoja in družbenega oblikovanja.
Seveda so spremembe v strukturnih in funkcionalnih povezavah določenih predelov možganov ter vpliv hormonskih sprememb lahko znanstvena utemeljitev za svojevrstno vedenje mladih, vendar to ne pomeni, da jih ni treba usmerjati. Človek po naravi ni asocialno bitje. Če se nekdo izogiba drugih ljudi, to zagotovo ni zaradi naše biološke predispozicije. Zato je aktivno sodelovanje staršev v življenju svojih otrok izjemno pomemben vidik njihovega razvoja.
Prav tako je vredno razumeti, da je otrok tudi pri treh letih že posameznik s svojim značajem, svojimi željami in svojim pogledom na svet okoli sebe. Starš ne sme postati neviden za svojega otroka in ga pustiti prosto, vendar se ne sme spremeniti v armiranobetonski zid, ki ga ščiti pred spoznavanjem sveta. Nekje morate pritisniti, nekje se morate zadržati, nekje morate dati popolno svobodo in nekje, če pokažete starševsko avtoriteto, morate reči odločen "ne", tudi če otrok s tem ni zadovoljen.
Težko je biti starš, še težje je biti dober starš. Toda biti najstnik ni tako enostavno. Telo se spremeni navzven, spremenijo se možgani, spremeni se okolje (bila je šola, zdaj pa univerza), spremeni se ritem življenja. Dandanes je življenje velikokrat podobno formuli 1, v kateri ni mesta za počasnost. Toda visoka hitrost prinaša veliko tveganje, zato se lahko neizkušen kolesar poškoduje. Naloga starša je postati trener svojemu otroku, da bi ga v prihodnje mirno spustil v svet, brez strahu za njegovo prihodnost.
Nekateri starši se imajo za pametnejše od drugih, nekateri so pripravljeni uresničiti vsak nasvet, ki ga slišijo na internetu ali od soseda, nekateri pa so preprosto "vijolični" v vseh zapletenostih starševstva. Ljudje smo si različni, a tako kot je v človeških možganih pomembna komunikacija med njenimi deli, ima komunikacija med starši in njihovimi otroki eno najpomembnejših vlog pri vzgoji.
Hvala za branje, ostanite radovedni in lep vikend fantje! 🙂
Nekaj oglasov 🙂
Hvala, ker ste ostali z nami. So vam všeč naši članki? Želite videti več zanimivih vsebin? Podprite nas tako, da oddate naročilo ali priporočite prijateljem, , edinstven analog začetnih strežnikov, ki smo ga izumili za vas: (na voljo z RAID1 in RAID10, do 24 jeder in do 40 GB DDR4).
Dell R730xd dvakrat cenejši v podatkovnem centru Equinix Tier IV v Amsterdamu? Samo tukaj na Nizozemskem! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gbps 100 TB - od 99 $! Preberite o
Vir: www.habr.com