Ett av de mest mystiska och inte helt förstådda "fenomenen" är den mänskliga hjärnan. Många frågor kretsar kring detta komplexa organ: varför drömmer vi, hur påverkar känslor beslutsfattande, vilka nervceller som är ansvariga för uppfattningen av ljus och ljud, varför gillar vissa skarpsill medan andra älskar oliver? Alla dessa frågor rör hjärnan, eftersom den är människokroppens centrala processor. I åratal har forskare ägnat särskild uppmärksamhet åt hjärnorna hos människor som på något sätt skiljde sig från mängden (från självlärda genier till uträknande psykopater). Men det finns en kategori människor vars ovanliga beteende är förknippat med deras ålder - tonåringar. Många tonåringar har en ökad känsla av motsägelse, en anda av äventyrlighet och en oemotståndlig önskan att hitta äventyr till sin fördel. Forskare från University of Pennsylvania bestämde sig för att ta en närmare titt på tonåringars mystiska hjärnor och de processer som äger rum i dem. Vi lär oss om vad de lyckades ta reda på från sin rapport. Gå.
Forskningsunderlag
Alla enheter inom teknik och alla organ i kroppen har sin egen arkitektur som gör att de kan arbeta effektivt. Den mänskliga hjärnbarken är organiserad enligt en funktionell hierarki, allt från unimodal sensorisk cortex* och slutar med transmodal association cortex*.
Sensorisk cortex* är den del av hjärnbarken som ansvarar för att samla in och bearbeta information som tas emot från sinnena (ögon, tunga, näsa, öron, hud och vestibulära system).
Association cortex* är en del av parietal cortex i hjärnan som är involverad i genomförandet av planerade rörelser. När vi ska utföra någon rörelse måste vår hjärna veta var kroppen och dess delar som kommer att röra sig befinner sig vid den sekunden, samt var objekten i den yttre miljön som vi planerar att interagera med finns. Till exempel vill du plocka upp en kopp, och din hjärna vet redan var handen och själva koppen finns.
Denna funktionella hierarki bestäms av banornas anatomi vit substans*, som koordinerar synkroniserad neural aktivitet och kognition*.
Vit materia* — om den grå substansen består av neuroner, så består den vita substansen av myelintäckta axoner, längs vilka impulser överförs från cellkroppen till andra celler och organ.
Kognition* (kognition) - en uppsättning processer förknippade med förvärvet av ny kunskap om världen omkring oss.
Utvecklingen av hjärnbarken hos primater och utvecklingen av den mänskliga hjärnan kännetecknas av målinriktad expansion och ombyggnad av transmodala associativa områden, som är grunden för processerna för sensorisk representation av information och abstrakta regler för att uppnå mål.
Processen för hjärnans utveckling tar mycket tid, under vilken många processer för att förbättra hjärnan som ett system inträffar: myelinisering*, synaptisk beskärning* etc.
Myelinisering* - oligodendrocyter (en typ av hjälpceller i nervsystemet) omsluter en eller annan del av axonet, vilket resulterar i att en oligodendrocyt kommunicerar med flera neuroner samtidigt. Ju aktivare axonet är, desto mer myeliniserat är det, eftersom detta ökar dess effektivitet.
Synaptisk beskärning* — minska antalet synapser/neuroner för att öka effektiviteten i neurosystemet, dvs. bli av med onödiga anslutningar. Med andra ord, detta är implementeringen av principen "inte genom kvantitet, utan efter kvalitet."
Under utvecklingen av hjärnan bildas funktionsspecifikation i den transmodala associationsbarken, vilket direkt påverkar utvecklingen av högre ordnings exekutiva funktioner, som t.ex. fungerande minne*, kognitiv flexibilitet* и hämmande kontroll*.
Fungerande minne* - ett kognitivt system för tillfällig lagring av information. Denna typ av minne aktiveras under pågående tankeprocesser och är involverat i beslutsfattande och bildandet av beteendemässiga svar.
Kognitiv flexibilitet* - förmågan att byta från en tanke till en annan och/eller tänka på flera saker samtidigt.
Hämmande kontroll* (inhibitionsrespons) är en exekutiv funktion som övervakar en persons förmåga att undertrycka sina impulsiva (naturliga, vanemässiga eller dominerande) beteendereaktioner på stimuli för att implementera ett mer lämpligt svar på en specifik situation (extern stimulans).
Studiet av strukturella-funktionella kopplingar i hjärnan började för ganska länge sedan. I och med nätverksteorins tillkomst blev det möjligt att visualisera strukturella-funktionella samband i neurobiologiska system och dela in dem i kategorier. I dess kärna är struktur-funktions-anslutning i vilken grad fördelningen av anatomiska anslutningar inom en hjärnregion stöder synkroniserad neural aktivitet.
Ett starkt samband hittades mellan mått på strukturell och funktionell konnektivitet vid olika spatiotemporala skalor. Mer moderna forskningsmetoder har med andra ord gjort det möjligt att kategorisera vissa områden i hjärnan efter deras funktionella egenskaper förknippade med områdets ålder och dess storlek.
Men forskarna säger att det för närvarande finns få bevis för hur förändringar i arkitekturen för vit substans under utvecklingen av mänsklig hjärna stödjer samordnade fluktuationer i neural aktivitet.
Strukturell-funktionell anslutning är grunden för funktionell kommunikation och uppstår när den interregionala vita substansens anslutningsprofil för en kortikal region förutsäger styrkan hos interregional funktionell anslutning. Det vill säga aktiviteten av vit materia kommer att återspeglas i aktiveringen av hjärnans exekutiva funktioner, därigenom kommer det att vara möjligt att bedöma styrkan hos den strukturella-funktionella anslutningen.
För att beskriva det strukturella-funktionella förhållandet lade forskare fram tre hypoteser som testades under studien.
Den första hypotesen säger att struktur-funktion anslutning kommer att spegla den funktionella specialiseringen av den kortikala regionen. Det vill säga, struktur-funktionskonnektivitet kommer att vara stark i den somatosensoriska cortexen, på grund av processer som bestämmer den tidiga utvecklingen av specialiserade sensoriska hierarkier. Däremot kommer struktur-funktionskonnektiviteten att vara låg i den transmodala associationsbarken, där funktionell kommunikation kan försvagas av genetiska och anatomiska begränsningar på grund av snabb evolutionär expansion.
Den andra hypotesen bygger på långvarig aktivitetsberoende myelinisering under utveckling och säger att utvecklingen av struktur-funktionskopplingar kommer att koncentreras till den transmodala associationsbarken.
Tredje hypotesen: den strukturella-funktionella kopplingen speglar den funktionella specialiseringen av den kortikala regionen. Därför kan det antas att en starkare strukturell-funktionell koppling i den frontoparietala associationsbarken kommer att involveras i specialiserade beräkningar som är nödvändiga för genomförandet av exekutiva funktioner.
Forskningsresultat
För att karakterisera utvecklingen av struktur-funktionskonnektivitet hos ungdomar, kvantifierade forskare i vilken utsträckning strukturella kopplingar över olika hjärnregioner stöder samordnade fluktuationer i neural aktivitet.
Med hjälp av multimodal neuroavbildningsdata från 727 deltagare i åldern 8 till 23 år utfördes probabilistisk diffusionstraktografi och bedömde funktionell anslutning mellan varje par av kortikala regioner under prestation. n-back uppgifter*associerad med arbetsminnesaktivitet.
Problem n-back* - en teknik för att stimulera aktiviteten i vissa delar av hjärnan och testa arbetsminnet. Ämnet förses med ett antal stimuli (visuellt, ljud, etc.). Han måste avgöra och ange om den eller den stimulansen fanns för n positioner sedan. Till exempel: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (3-back problem, där en viss bokstav förekom på 3:e position tidigare).
Funktionell anslutning i vilotillstånd återspeglar spontana fluktuationer i neural aktivitet. Men under en arbetsminnesuppgift kan funktionell anslutning förbättra specifika neurala anslutningar eller populationer som är involverade i exekutiva funktioner.
Bild #1: Mätning av den strukturella-funktionella anslutningen av den mänskliga hjärnan.
Noder i strukturella och funktionella hjärnnätverk identifierades med hjälp av en 400-area kortikal parcellation baserad på funktionell homogenitet i MRT-data från studiedeltagare. För varje studiedeltagare extraherades regionala anslutningsprofiler från varje rad i den strukturella eller funktionella anslutningsmatrisen och representerades som vektorer för anslutningsstyrka från en neural nätverksnod till alla andra noder.
Till att börja med kontrollerade forskarna om den rumsliga fördelningen av strukturella-funktionella kopplingar sammanfaller med de grundläggande egenskaperna hos kortikal organisation.
Bild #2
Det är värt att notera att förhållandet mellan regionala strukturella och funktionella anslutningsprofiler varierade mycket över cortex (2A). Starkare kopplingar observerades i de primära sensoriska och mediala prefrontala cortexerna. Men i de laterala, temporala och frontoparietala regionerna var sambandet ganska svagt.
För en mer förståelig bedömning av sambandet mellan strukturell-funktionell anslutning och funktionell specialisering beräknades "deltagande"-koefficienten, som är en grafisk representation av den kvantitativa bestämningen av anslutning mellan funktionellt specialiserade områden i hjärnan. Var och en av hjärnregionerna tilldelades sju klassiska funktionella neurala nätverk. Neuronala noder i hjärnan med en hög deltagandeskoefficient visar olika intermodulära kopplingar (kopplingar mellan hjärnregioner) och kan därför påverka processerna för informationsöverföring mellan regioner, såväl som deras dynamik. Men noder med låga deltagandegrader visar mer lokala kopplingar inom själva hjärnregionen, snarare än mellan flera regioner. Enkelt uttryckt, om koefficienten är hög, interagerar olika områden av hjärnan aktivt med varandra; om den är låg sker aktivitet inom området utan koppling till närliggande områden (2C).
Därefter utvärderades sambandet mellan variabiliteten av strukturell-funktionell anslutning och makroskalig funktionell hierarki. Strukturell-funktionell anslutning sammanfaller till stor del med den underliggande gradienten av funktionell anslutning: unimodala sensoriska områden visar relativt stark strukturell-funktionell anslutning, medan transmodala områden överst i den funktionella hierarkin visar svagare anslutning (2D).
Det visade sig också att det finns en stark korrelation mellan det strukturella-funktionella förhållandet och den evolutionära expansionen av ytan av cortex (2Е). Mycket bevarade sensoriska områden hade relativt stark struktur-funktion anslutning, medan mycket expanderade transmodala områden hade svagare anslutning. Sådana observationer stöder till fullo hypotesen att struktur-funktion-konnektivitet är en återspegling av den kortikala hierarkin av funktionell specialisering och evolutionär expansion.
Bild #3
Forskare påminner återigen om att tidigare forskning till stor del var inriktad på att studera strukturell-funktionell anslutning i den vuxna hjärnan. I samma arbete lades tyngdpunkten på studiet av hjärnan, som fortfarande är under utveckling, d.v.s. på att studera ungdomshjärnan.
Det visade sig att åldersrelaterade skillnader i strukturella-funktionella kopplingar i ungdomens hjärna var brett fördelade över de laterala temporala, inferior parietala och prefrontala cortexerna (3А). Anslutningsförbättringar var oproportionerligt fördelade över kortikala regioner, t.ex. fanns i en unik undergrupp av funktionellt separerade kortikala områden (3V), vilket inte observerades i den vuxna hjärnan.
Storleken på åldersskillnader i strukturell-funktionell anslutning var starkt korrelerad med den funktionella deltagandegraden (3S) och funktionell gradient (3D).
Den rumsliga fördelningen av åldersrelaterade skillnader i strukturella-funktionella kopplingar överensstämde också med den evolutionära expansionen av cortex. En åldersrelaterad ökning av anslutning observerades i den utökade associationsbarken, medan en åldersrelaterad minskning av anslutning observerades i den mycket konserverade sensorimotoriska cortexen (3Е).
I nästa fas av studien genomgick 294 deltagare en andra hjärnundersökning 1.7 år efter den första. På så sätt var det möjligt att fastställa sambandet mellan åldersrelaterade förändringar i strukturell-funktionell anknytning och intraindividuella utvecklingsförändringar. För detta ändamål utvärderades longitudinella förändringar i strukturell-funktionell anslutning.
Bild #4
Det fanns en signifikant överensstämmelse mellan tvärsnitts- och longitudinella åldersrelaterade förändringar i strukturell-funktionell anslutning (4А).
För att testa sambandet mellan longitudinella förändringar i strukturell och funktionell anslutning (4B) och longitudinella förändringar i den funktionella deltagandegraden (4Slinjär regression användes. Longitudinella förändringar i konnektivitet befanns motsvara longitudinella förändringar i funktionell delaktighet i fördelade högordningsassociationsområden, inklusive den dorsala och mediala prefrontala cortexen, inferior parietal cortex och lateral temporal cortex (4D).
Bild #5
Forskare försökte sedan förstå konsekvenserna av individuella skillnader i strukturell-funktionell anslutning för beteende. Specifikt, om strukturell-funktionell anslutning under en arbetsminnesuppgift kan förklara verkställande prestanda. Förbättringar i exekutiv funktion visade sig vara associerad med starkare strukturell-funktionell anslutning i den rostrolaterala prefrontala cortex, bakre cingulate cortex och mediala occipital cortex (5A).
Helheten av de observationer som beskrivs ovan leder till flera huvudslutsatser. För det första är regionala förändringar i strukturell-funktionell anslutning omvänt proportionell mot komplexiteten hos den funktion som en viss hjärnregion är ansvarig för. Starkare struktur-funktion anslutning hittades i delar av hjärnan som är specialiserade på att bearbeta enkel sensorisk information (som visuella signaler). Och hjärnregioner involverade i mer komplexa processer (exekutiv funktion och hämmande kontroll) hade lägre strukturell-funktionell anslutning.
Strukturell-funktionell anslutning visade sig också vara förenlig med den evolutionära expansionen av hjärnan som observerats hos primater. Tidigare jämförande studier av hjärnor från människor, primater och apor har visat att sensoriska områden (som det visuella systemet) är mycket bevarade bland primatarter och inte har expanderat mycket under den senaste utvecklingen. Men associeringsområdena i hjärnan (till exempel den prefrontala cortex) har genomgått en betydande expansion. Kanske påverkade denna expansion direkt uppkomsten av komplexa kognitiva förmågor hos människor. Man fann att områden i hjärnan som expanderade snabbt under evolutionen hade svagare strukturell och funktionell anslutning, medan enkla sensoriska områden hade starkare anslutning.
Hos barn och ungdomar ökar den strukturella-funktionella kopplingen ganska aktivt i de främre områdena av hjärnan, som är ansvariga för hämningsfunktionen (d.v.s. självkontroll). Långsiktig utveckling av strukturell-funktionell anslutning inom dessa områden kan således förbättra den verkställande funktionen och självkontrollen, en process som fortsätter in i vuxen ålder.
För en mer detaljerad titt på nyanserna i studien rekommenderar jag att ta en titt på и till honom.
Epilog
Den mänskliga hjärnan har alltid varit och kommer länge att vara ett av mänsklighetens största mysterier. Detta är en otroligt komplex mekanism som måste utföra många funktioner, kontrollera många processer och lagra enorma mängder information. För många föräldrar finns det inget mer mystiskt än hjärnan hos deras tonårsbarn. Deras beteende är ibland svårt att kalla logiskt eller konstruktivt, men detta förklaras av processen för deras biologiska utveckling och sociala bildning.
Naturligtvis kan förändringar i de strukturella och funktionella kopplingarna i vissa delar av hjärnan och påverkan av hormonella förändringar vara en vetenskaplig motivering för unga människors säregna beteende, men det betyder inte att de inte behöver riktas. Människan är inte av naturen en asocial varelse. Om någon undviker andra människor är det verkligen inte på grund av vårt biologiska anlag. Därför är föräldrarnas aktiva deltagande i sina barns liv en oerhört viktig aspekt av deras utveckling.
Det är också värt att förstå att redan vid tre års ålder är ett barn redan en individ med sin egen karaktär, sina egna önskningar och sin egen syn på omvärlden. En förälder bör inte bli osynlig för sitt barn och låta honom gå fritt, men han bör inte förvandlas till en armerad betongvägg som skyddar honom från kunskap om världen. Någonstans måste du trycka på, någonstans måste du hålla tillbaka, någonstans måste du ge fullständig frihet, och någonstans, genom att visa föräldrarnas auktoritet, måste du säga ett bestämt "nej", även om barnet är missnöjt med detta.
Att vara förälder är svårt, att vara en bra förälder är ännu svårare. Men att vara tonåring är inte så lätt. Kroppen förändras externt, hjärnan förändras, miljön förändras (det fanns skola, och nu universitet), livets rytm förändras. Nuförtiden liknar livet ofta Formel 1, där det inte finns plats för långsamhet. Men hög hastighet medför stor risk, så en oerfaren ryttare kan skadas. En förälders uppgift är att bli en coach för sitt barn för att i framtiden lugnt släppa ut honom i världen, utan rädsla för hans framtid.
Vissa föräldrar anser sig vara smartare än andra, vissa är redo att implementera alla råd de hör på Internet eller från en granne, och vissa är helt enkelt "violetta" på alla krångligheter av föräldraskap. Människor är olika, men precis som kommunikation mellan dess delar är viktig i den mänskliga hjärnan, spelar kommunikation mellan föräldrar och deras barn en av de viktigaste rollerna i utbildning.
Tack för att du läser, håll dig nyfiken och ha en trevlig helg grabbar! 🙂
Några annonser 🙂
Tack för att du stannar hos oss. Gillar du våra artiklar? Vill du se mer intressant innehåll? Stöd oss genom att lägga en beställning eller rekommendera till vänner, , en unik analog av ingångsservrar, som uppfanns av oss för dig: (tillgänglig med RAID1 och RAID10, upp till 24 kärnor och upp till 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 gånger billigare i Equinix Tier IV datacenter i Amsterdam? Bara här i Nederländerna! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - från $99! Läs om
Källa: will.com