Један од најмистериознијих и недовољно схваћених „феномена” је људски мозак. Око овог сложеног органа врте се многа питања: зашто сањамо, како емоције утичу на доношење одлука, које су нервне ћелије одговорне за перцепцију светлости и звука, зашто неки људи воле папалине, а други обожавају маслине? Сва ова питања се тичу мозга, јер је он централни процесор људског тела. Научници су годинама посебну пажњу посвећивали мозговима људи који су се на неки начин издвајали из гомиле (од самоуких генија до прорачунатих психопата). Али постоји категорија људи чије је необично понашање повезано са њиховим годинама - тинејџери. Многи тинејџери имају појачан осећај контрадикторности, авантуристички дух и неодољиву жељу да пронађу авантуру у своју корист. Научници са Универзитета у Пенсилванији одлучили су да изблиза погледају мистериозне мозгове тинејџера и процесе који се у њима одвијају. Шта су успели да сазнају из њиховог извештаја сазнајемо. Иди.
Основа истраживања
Сваки уређај у технологији и било који орган у телу имају своју архитектуру која им омогућава да ефикасно раде. Људски церебрални кортекс је организован према функционалној хијерархији, у распону од унимодалне чулни кортекс* и завршава се трансмодалном асоцијацијска кора*.
Сензорна кора* је део мождане коре одговоран за прикупљање и обраду информација добијених од чула (очи, језик, нос, уши, кожа и вестибуларни систем).
Асоцијацијски кортекс* је део паријеталног кортекса мозга укључен у реализацију планираних покрета. Када нам предстоји било какав покрет, наш мозак мора да зна где се у тој секунди налазе тело и његови делови који ће се кретати, као и где се налазе објекти спољашње средине са којима планирамо да комуницирамо. На пример, желите да подигнете шољу, а ваш мозак већ зна где се налази рука и сама шоља.
Ова функционална хијерархија је одређена анатомијом путева бела материја*, који координирају синхронизовану неуронску активност и спознаја*.
Бела материја* — ако се сива материја састоји од неурона, онда се бела материја састоји од аксона прекривених мијелином, дуж којих се импулси преносе од тела ћелије до других ћелија и органа.
Спознаја* (сазнање) - скуп процеса повезаних са стицањем нових знања о свету око нас.
Еволуцију мождане коре код примата и развој људског мозга карактерише циљно усмерено ширење и ремоделовање трансмодалних асоцијативних области, које су основа процеса чулног представљања информација и апстрактних правила за постизање циљева.
Процес развоја мозга траје доста времена, током којег се дешавају многи процеси побољшања мозга као система: мијелинизација*, синаптичко орезивање* итд
мијелинизација* - олигодендроцити (врста помоћних ћелија нервног система) обавијају један или други део аксона, због чега један олигодендроцит комуницира са неколико неурона одједном. Што је аксон активнији, то је мијелинизованији, јер то повећава његову ефикасност.
синаптичко орезивање* — смањење броја синапси/неурона ради повећања ефикасности неуро-система, тј. ослободити се непотребних веза. Другим речима, ово је примена принципа „не по квантитету, већ по квалитету“.
Током развоја мозга формира се функционална спецификација у трансмодалном асоцијацијском кортексу, што директно утиче на развој извршних функција вишег реда, као нпр. ради меморија*, когнитивна флексибилност* и инхибиторна контрола*.
Ради меморија* - когнитивни систем за привремено складиштење информација. Ова врста памћења се активира током текућих мисаоних процеса и укључена је у доношење одлука и формирање бихејвиоралних одговора.
Когнитивна флексибилност* - способност преласка са једне мисли на другу и/или размишљања о више ствари у исто време.
Инхибициона контрола* (реакција инхибиције) је извршна функција која надгледа способност особе да потисне своје импулзивне (природне, уобичајене или доминантне) бихејвиоралне реакције на стимулансе како би спровела прикладнији одговор на специфичну ситуацију (спољни стимулус).
Проучавање структурно-функционалних веза мозга почело је доста давно. Са појавом теорије мрежа, постало је могуће визуализовати структурно-функционалне везе у неуробиолошким системима и поделити их у категорије. У својој сржи, повезаност структуре и функције је степен до којег дистрибуција анатомских веза унутар региона мозга подржава синхронизовану неуронску активност.
Пронађена је јака веза између мера структуралне и функционалне повезаности на различитим просторно-временским скалама. Другим речима, савременије методе истраживања омогућиле су категоризацију одређених области мозга према њиховим функционалним карактеристикама које су повезане са старошћу подручја и његовом величином.
Међутим, научници кажу да тренутно постоји мало доказа о томе како промене у архитектури беле материје током развоја људског мозга подржавају координиране флуктуације неуронске активности.
Структурно-функционална повезаност је основа за функционалну комуникацију и јавља се када међурегионални профил повезивања беле материје кортикалног региона предвиђа снагу међурегионалне функционалне повезаности. Односно, активност беле материје ће се одразити на активирање извршних функција мозга, чиме ће бити могуће проценити степен јачине структурно-функционалне везе.
Да би описали структурно-функционални однос, научници су изнели три хипотезе које су тестиране током студије.
Прва хипотеза каже да ће повезаност структуре и функције одражавати функционалну специјализацију кортикалног региона. То јест, повезаност структуре и функције ће бити јака у соматосензорном кортексу, због процеса који одређују рани развој специјализованих сензорних хијерархија. Насупрот томе, повезаност структуре и функције биће ниска у трансмодалном асоцијацијском кортексу, где функционална комуникација може бити ослабљена генетским и анатомским ограничењима услед брзог еволуционог ширења.
Друга хипотеза је заснована на дуготрајној мијелинизацији зависној од активности током развоја и наводи да ће развој веза структуре и функције бити концентрисан у трансмодалном асоцијацијском кортексу.
Трећа хипотеза: структурно-функционална веза одражава функционалну специјализацију кортикалне регије. Стога се може претпоставити да ће јача структурно-функционална веза у фронтопаријеталном асоцијацијском кортексу бити укључена у специјализоване прорачуне неопходне за реализацију извршних функција.
Резултати истраживања
Да би окарактерисали развој повезаности структуре и функције код адолесцената, научници су квантификовали у којој мери структурне везе у различитим регионима мозга подржавају координисане флуктуације неуронске активности.
Користећи мултимодалне податке неуроимаџинга од 727 учесника старости од 8 до 23 године, урађена је пробабилистичка дифузиона трактографија и процењена функционална повезаност између сваког пара кортикалних региона током извођења. н-бацк задатака*повезана са активношћу радне меморије.
Проблем н-бацк* - техника за подстицање активности одређених области мозга и тестирање радне меморије. Субјект је обезбеђен низом стимулуса (визуелних, аудио итд.). Он мора да утврди и назначи да ли је овај или онај стимуланс био присутан пре н позиција. На пример: ТЛХЦХСЦЦКЛЦКЛХЦКТРХКЦ ХР (проблем са 3 леђа, где се одређено слово раније појавило на 3. позицији).
Функционална повезаност у стању мировања одражава спонтане флуктуације неуронске активности. Али током задатка радне меморије, функционална повезаност може побољшати специфичне неуронске везе или популације укључене у извршне функције.
Слика #1: Мерење структурно-функционалне повезаности људског мозга.
Чворови у структурним и функционалним можданим мрежама идентификовани су коришћењем парцелације корте од 400 области на основу функционалне хомогености у МРИ подацима учесника студије. За сваког учесника студије, профили регионалне повезаности су екстраховани из сваког реда структурне или функционалне матрице повезивања и представљени као вектори снаге повезивања од једног чвора неуронске мреже до свих осталих чворова.
За почетак, научници су проверили да ли се просторна дистрибуција структурно-функционалних веза поклапа са основним својствима кортикалне организације.
Слика #2
Вреди напоменути да је однос између регионалних структурних и функционалних профила повезаности у великој мери варирао широм кортекса (2A). Јаче везе су уочене у примарном сензорном и медијалном префронталном кортексу. Али у бочним, темпоралним и фронтопаријеталним регионима веза је била прилично слаба.
За разумљивију процену односа између структурно-функционалне повезаности и функционалне специјализације, израчунат је коефицијент „партиципације” који представља графички приказ квантитативног одређивања повезаности између функционално специјализованих области мозга. Сваки од региона мозга додељен је седам класичних функционалних неуронских мрежа. Неуронски чворови мозга са високим коефицијентом учешћа показују различите интермодуларне везе (везе између региона мозга) и стога могу утицати на процесе преноса информација између региона, као и на њихову динамику. Али чворови са ниским стопама учешћа показују више локалних веза унутар самог региона мозга, а не између неколико региона. Једноставно речено, ако је коефицијент висок, различите области мозга активно интерагују једна са другом; ако је низак, активност се јавља унутар области без везе са суседним (2C).
Затим је процењен однос између варијабилности структурно-функционалне повезаности и функционалне хијерархије на макро скали. Структурно-функционална повезаност се у великој мери поклапа са основним градијентом функционалне повезаности: унимодалне сензорне области показују релативно јаку структурно-функционалну повезаност, док трансмодалне области на врху функционалне хијерархије показују слабију повезаност (2D).
Такође је утврђено да постоји јака корелација између структурно-функционалног односа и еволуционог ширења површине кортекса (2E). Високо очувана сензорна подручја имала су релативно јаку повезаност структуре и функције, док су високо проширена трансмодална подручја имала слабију повезаност. Оваква запажања у потпуности подржавају хипотезу да је повезаност структуре и функције одраз кортикалне хијерархије функционалне специјализације и еволуционе експанзије.
Слика #3
Научници још једном подсећају да су досадашња истраживања у великој мери била усмерена на проучавање структурно-функционалне повезаности у мозгу одрасле особе. У истом раду акценат је стављен на проучавање мозга, који је још увек у процесу развоја, тј. о проучавању мозга адолесцената.
Утврђено је да су у мозгу адолесцената старосне разлике у структурно-функционалним везама биле широко распрострањене преко латералног темпоралног, инфериорног паријеталног и префронталног кортикса (КСНУМКСА). Побољшања повезивања су била непропорционално распоређена по кортикалним регионима, нпр. били присутни у јединственом подскупу функционално одвојених кортикалних области (КСНУМКСВ), што није примећено у мозгу одраслих.
Величина старосне разлике у структурно-функционалној повезаности била је у великој корелацији са стопом функционалног учешћа (КСНУМКСС) и функционални градијент (3D).
Просторна дистрибуција старосних разлика у структурно-функционалним везама такође је била у складу са еволуционом експанзијом кортекса. Повећање повезаности повезано са узрастом примећено је у проширеном асоцијацијском кортексу, док је смањење повезаности повезано са узрастом примећено у високо очуваном сензомоторном кортексу (3E).
У следећој фази студије, 294 учесника је прошло други преглед мозга 1.7 година након првог. На овај начин је било могуће утврдити однос између старосних промена структурно-функционалне повезаности и интраиндивидуалних развојних промена. У ту сврху процењене су лонгитудиналне промене структурно-функционалне повезаности.
Слика #4
Постојала је значајна кореспонденција између попречних и лонгитудиналних промена везаних за узраст у структурно-функционалној повезаности (КСНУМКСА).
Да се тестира однос између лонгитудиналних промена у структурној и функционалној повезаности (4B) и лонгитудиналне промене у стопи функционалног учешћа (КСНУМКСС) коришћена је линеарна регресија. Утврђено је да лонгитудиналне промене у повезаности одговарају лонгитудиналним променама у односу функционалног учешћа у дистрибуираним областима асоцијације високог реда, укључујући дорзални и медијални префронтални кортекс, инфериорни паријетални кортекс и латерални темпорални кортекс (4D).
Слика #5
Научници су затим покушали да разумеју последице индивидуалних разлика у структурно-функционалној повезаности на понашање. Конкретно, да ли структурно-функционална повезаност током задатка радне меморије може објаснити извршне перформансе. Утврђено је да су побољшања у извршном функционисању повезана са јачом структурно-функционалном везом у ростролатералном префронталном кортексу, постериорном цингуларном кортексу и медијалном окципиталном кортексу (5A).
Свеукупност горе описаних запажања доводи до неколико главних закључака. Прво, регионалне промене у структурно-функционалној повезаности су обрнуто пропорционалне сложености функције за коју је одговоран одређени регион мозга. Јача повезаност структуре и функције пронађена је у деловима мозга који су специјализовани за обраду једноставних сензорних информација (као што су визуелни сигнали). А региони мозга укључени у сложеније процесе (извршна функција и инхибиторна контрола) имали су нижу структурно-функционалну повезаност.
Такође је утврђено да је структурно-функционална повезаност у складу са еволуционом експанзијом мозга уоченом код примата. Претходне упоредне студије мозга људи, примата и мајмуна показале су да су сензорна подручја (као што је визуелни систем) високо очувана међу врстама примата и да се нису много проширила током недавне еволуције. Али асоцијацијска подручја мозга (на пример, префронтални кортекс) су претрпела значајну експанзију. Можда је ова експанзија директно утицала на појаву сложених когнитивних способности код људи. Утврђено је да су области мозга које су се брзо прошириле током еволуције имале слабију структурну и функционалну повезаност, док су једноставне сензорне области имале јачу повезаност.
Код деце и адолесцената, структурно-функционална веза се прилично активно повећава у фронталним областима мозга, које су одговорне за функцију инхибиције (тј. Самоконтролу). Дакле, дугорочни развој структурно-функционалне повезаности у овим областима може побољшати извршну функцију и самоконтролу, процес који се наставља у одраслом добу.
За детаљнији поглед на нијансе студије, препоручујем да погледате и њему.
Епилог
Људски мозак је увек био и дуго ће бити једна од највећих мистерија човечанства. Ово је невероватно сложен механизам који мора да обавља многе функције, контролише многе процесе и складишти огромне количине информација. За многе родитеље не постоји ништа мистериозније од мозга њихове деце тинејџера. Њихово понашање је понекад тешко назвати логичним или конструктивним, али то се објашњава процесом њиховог биолошког развоја и друштвеног формирања.
Наравно, промене у структурним и функционалним везама појединих области мозга и утицај хормоналних промена могу бити научно оправдање за особено понашање младих, али то не значи да их не треба усмеравати. Човек по природи није асоцијално биће. Ако неко избегава друге људе, то сигурно није због наше биолошке предиспозиције. Стога је активно учешће родитеља у животу своје деце изузетно важан аспект њиховог развоја.
Такође је вредно разумети да је дете и са три године већ индивидуа са својим карактером, сопственим жељама и сопственим погледом на свет око себе. Родитељ не треба да постане невидљив за своје дете, пуштајући га слободно, али не треба да се претвара у армиранобетонски зид који га штити од познавања света. Негде треба гурнути, негде се суздржати, негде дати потпуну слободу, а негде, показујући родитељски ауторитет, треба рећи чврсто „не“, чак и ако је дете незадовољно овим.
Бити родитељ је тешко, бити добар родитељ је још теже. Али бити тинејџер није тако лако. Тело се мења споља, мења се мозак, мења се окружење (била је школа, а сада факултет), мења се ритам живота. У данашње време живот често подсећа на Формулу 1, у којој нема места спорости. Али велика брзина долази са великим ризиком, тако да се неискусни возач може повредити. Задатак родитеља је да постане тренер свом детету како би га у будућности мирно пуштао у свет, без страха за његову будућност.
Неки родитељи себе сматрају паметнијима од других, неки су спремни да спроведу сваки савет који чују на интернету или од комшије, а неки су једноставно „љубичасти“ у свим замршеностима родитељства. Људи су различити, али као што је комуникација између његових делова важна у људском мозгу, комуникација између родитеља и њихове деце игра једну од најважнијих улога у образовању.
Хвала на гледању, будите радознали и угодан викенд свима! 🙂
Неки огласи 🙂
Хвала вам што сте остали са нама. Да ли вам се свиђају наши чланци? Желите да видите још занимљивијег садржаја? Подржите нас тако што ћете наручити или препоручити пријатељима, , јединствени аналог сервера почетног нивоа, који смо ми измислили за вас: (доступно са РАИД1 и РАИД10, до 24 језгра и до 40 ГБ ДДР4).
Делл Р730кд 2 пута јефтинији у Екуиник Тиер ИВ дата центру у Амстердаму? Само овде у Холандији! Делл Р420 - 2к Е5-2430 2.2Гхз 6Ц 128ГБ ДДР3 2к960ГБ ССД 1Гбпс 100ТБ - од 99 долара! Читали о
Извор: ввв.хабр.цом