最神秘且尚未完全理解的「現象」之一是人腦。許多問題都圍繞著這個複雜的器官：我們為什麼會做夢、情緒如何影響決策、哪些神經細胞負責感知光和聲音、為什麼有些人喜歡西鯡而有些人則喜歡橄欖？所有這些問題都與大腦有關，因為它是人體的中央處理器。多年來，科學家一直特別關注那些在人群中脫穎而出的人（從自學成才的天才到精於算計的精神病患者）的大腦。但有一類人的異常行為與他們的年齡有關──青少年。許多青少年具有強烈的矛盾感、冒險精神和不可抗拒的渴望去冒險以對自己有利的方式。賓州大學的科學家決定仔細研究青少年的神祕大腦以及其中發生的過程。我們從他們的報告中了解了他們的發現。去。
研究基礎
任何技術設備和身體中的任何器官都有自己的架構，使它們能夠有效地工作。人類大腦皮質根據功能層次結構進行組織，從單峰到 感覺皮層* 並以聯運結尾 聯合皮層*.
感覺皮質*是大腦皮質的一部分，負責收集和處理從感官（眼睛、舌頭、鼻子、耳朵、皮膚和前庭系統）接收到的訊息。
聯合皮質*是大腦頂葉皮質的一部分，參與執行計畫的運動。當我們要進行任何運動時，我們的大腦必須知道身體及其將要運動的部位在那一刻位於哪裡，以及我們計劃與之互動的外部環境中的物體位於哪裡。例如，你想拿起一個杯子，你的大腦已經知道手和杯子本身的位置。
這種功能層次結構是由路徑的解剖結構所決定的 白質*，協調同步的神經活動和 認識*.
白質* — 如果灰質由神經元組成，那麼白質由髓鞘覆蓋的軸突組成，脈衝沿著軸突從細胞體傳遞到其他細胞和器官。
認識* （認知）- 一組與獲取有關我們周圍世界的新知識相關的過程。
靈長類大腦皮質的演化和人類大腦的發育都以目標導向的跨模態聯想區域的擴展和重塑為特徵，這是訊息的感覺表徵和實現目標的抽象規則過程的基礎。
大腦發育的過程需要大量的時間，在此期間發生了許多改善大腦作為一個系統的過程： 髓鞘形成*, 突觸修剪* 等等
髓鞘形成* - 少突膠質細胞（神經系統的一種輔助細胞）包覆軸突的一個或另一個部分，因此一個少突膠質細胞同時與多個神經元溝通。軸突越活躍，它的髓鞘就越多，因為這會提高它的效率。
突觸修剪* — 減少突觸/神經元的數量以提高神經系統的效率，即擺脫不必要的連接。換句話說，這就是「不求數量，但求品質」原則的落實。
在大腦發育過程中，跨模態聯合皮質形成功能規範，直接影響高階執行功能的發育，如 工作記憶*, 認知靈活性* и 抑制控制*.
工作記憶* - 暫時儲存資訊的認知系統。這種類型的記憶在持續的思考過程中被激活，並參與決策和行為反應的形成。
認知靈活性* - 從一種想法切換到另一種想法和/或同時思考幾件事的能力。
抑制控制* （抑制反應）是一種執行功能，監督一個人抑制對刺激的衝動（自然、習慣或主導）行為反應的能力，以便對特定情況（外部刺激）實施更適當的反應。
對大腦結構與功能連結的研究很久以前就開始了。隨著網路理論的出現，使神經生物學系統中的結構功能連接可視化並將其分類成為可能。從本質上講，結構-功能連接是大腦區域內解剖連接的分佈支持同步神經活動的程度。
在不同時空尺度上的結構和功能連結性測量之間發現了強烈的關係。換句話說，更現代的研究方法使得根據與該區域的年齡和大小相關的功能特徵對大腦的某些區域進行分類成為可能。
然而，科學家表示，目前幾乎沒有證據顯示人類大腦發育過程中白質結構的變化如何支持神經活動的協調波動。
結構功能連結是功能通訊的基礎，當皮質區域的區域間白質連結概況預測區域間功能連結的強度時，就會發生結構功能連結。也就是說，白質的活動會反映在大腦執行功能的活化上，從而可以評估結構與功能連結的強度。
為了描述結構與功能的關係，科學家提出了三個假設並在研究過程中進行了測試。
第一個假設指出，結構-功能連結將反映皮質區域的功能專業化。也就是說，由於決定專門感覺層次的早期發展的過程，體感皮質的結構-功能連結將會很強。相較之下，跨模態關聯皮質的結構-功能連結性較低，由於快速演化擴張，功能交流可能會因遺傳和解剖學限製而減弱。
第二個假設是基於發育過程中的長期活動依賴性髓鞘形成，並指出結構功能連接的發展將集中在跨模態關聯皮質中。
第三個假設：結構與功能的連結反映了皮質區域的功能專業化。因此，可以假設額頂聯合皮質中更強的結構功能連接將涉及執行功能實施所需的專門計算。
研究結果
為了表徵青少年結構功能連結的發展，科學家量化了不同大腦區域的結構連結支持神經活動協調波動的程度。
使用 727 名 8 至 23 歲參與者的多模態神經影像數據，進行機率擴散纖維束成像，並評估表演過程中每對皮質區域之間的功能連結。 n 回任務*與工作記憶活動有關。
問題n-back* - 刺激大腦某些區域的活動並測試工作記憶的技術。受試者提供多種刺激（視覺、音訊等）。他必須確定並指出這個或那個刺激是否在 n 個位置之前出現過。例如：T L H CH S C C Q L C K L H C Q T R H K CH R（3 回問題，某個字母出現在前面 3 個位置）。
靜息態功能連結反映了神經活動的自發性波動。但在工作記憶任務中，功能連結可能會增強執行功能中涉及的特定神經連結或群體。
圖#1：測量人腦的結構功能連結性。
根據研究參與者 MRI 資料的功能同質性，使用 400 個區域的皮質分區來識別結構和功能性大腦網路中的節點。對於每個研究參與者，從結構或功能連接矩陣的每一行中提取區域連接概況，並將其表示為從一個神經網路節點到所有其他節點的連接強度向量。
首先，科學家檢視了結構功能連結的空間分佈是否與皮質組織的基本特性相符。
圖片#2
值得注意的是，整個皮質的區域結構和功能連結概況之間的關係差異很大（2A）。在初級感覺和內側前額皮質中觀察到更強的連結。但在側面、顳葉和額頂葉區域，這種連結相當薄弱。
為了更容易理解地評估結構功能連接和功能專業化之間的關係，計算了「參與」係數，它是大腦功能專業化區域之間連接性定量測定的圖形表示。每個大腦區域分配給七個經典功能神經網路。具有高參與係數的大腦神經元節點表現出不同的模組間連接（大腦區域之間的連接），因此可以影響區域之間的訊息傳遞過程及其動態。但參與率低的節點在大腦區域本身內顯示出更多的局部連接，而不是多個區域之間的連接。簡而言之，如果係數高，大腦的不同區域就會積極地相互影響；如果係數低，則該區域內的活動會發生在與鄰近區域沒有聯繫的情況下（2C).
接下來，評估結構功能連結的變異性與宏觀功能層次之間的關係。結構-功能連接在很大程度上與功能連接的潛在梯度一致：單模態感覺區域顯示出相對較強的結構-功能連接，而功能層次頂部的跨模態區域顯示出較弱的連接。2D).
研究也發現，結構功能關係與皮質表面積的演化擴張之間有強烈的相關性（2E）。高度保守的感覺區域具有相對較強的結構功能連接性，而高度擴展的跨模式區域具有較弱的連接性。這些觀察結果完全支持這樣的假設：結構-功能連結性反映了功能專業化和演化擴展的皮質層次結構。
圖片#3
科學家再次提醒，先前的研究主要集中在研究成人大腦的結構功能連結。在同一工作中，重點放在對大腦的研究上，大腦仍處於發展過程中，即。研究青少年大腦。
研究發現，在青少年大腦中，與年齡相關的結構功能連結差異廣泛分佈在外側顳葉、下頂葉和前額葉皮質。3А）。連接性增強不成比例地分佈在各個皮質區域，例如大腦皮質區域。存在於功能分離的皮質區域的獨特子集中（3V），在成人大腦中沒有觀察到這一點。
結構-功能連結的年齡差異程度與功能參與率高度相關（3S）和函數梯度（3D).
結構-功能連結中與年齡相關的差異的空間分佈也與皮質的演化擴張一致。在擴展關聯皮質中觀察到與年齡相關的連接性增加，而在高度保守的感覺運動皮質中觀察到與年齡相關的連接性減少。3E).
在研究的下一階段，294 名參與者在第一次腦部檢查 1.7 年後接受了第二次腦部檢查。透過這種方式，可以確定結構功能連結的年齡相關變化與個體內部發展變化之間的關係。為此目的，評估了結構功能連接的縱向變化。
圖片#4
結構功能連結的橫斷面和縱向年齡相關變化之間存在顯著的對應關係（4А).
測試結構和功能連結的縱向變化之間的關係（4B）和功能參與率的縱向變化（4S）使用線性迴歸。研究發現，連結性的縱向變化與分佈式高階關聯區域功能參與率的縱向變化相對應，這些區域包括背側和內側前額葉皮質、下頂葉皮質和外側顳葉皮質。4D).
圖片#5
然後，科學家試圖了解結構功能連結的個別差異對行為的影響。具體來說，工作記憶任務期間的結構功能連結是否可以解釋執行表現。研究發現，執行功能的改善與頭部外側前額葉皮質、後扣帶皮質和內側枕葉皮質更強的結構功能連結有關。5A).
上述觀察的整體結果得出幾個主要結論。首先，結構功能連接的區域變化與特定大腦區域負責的功能的複雜性成反比。在專門處理簡單感覺訊息（例如視覺訊號）的大腦部分中發現了更強的結構功能連結。參與更複雜過程（執行功能和抑制控制）的大腦區域的結構功能連接性較低。
結構-功能連接也被發現與在靈長類動物中觀察到的大腦的進化擴張一致。先前對人類、靈長類動物和猴子大腦的比較研究表明，感覺區域（例如視覺系統）在靈長類動物中高度保守，並且在最近的進化過程中沒有太大擴展。但大腦的關聯區域（例如前額葉皮質）已經經歷了顯著的擴張。也許這種擴張直接影響了人類複雜認知能力的出現。研究發現，在演化過程中迅速擴張的大腦區域的結構和功能連結性較弱，而簡單的感覺區域則具有較強的連結性。
在兒童和青少年中，負責抑制功能（即自我控制）的大腦額葉區域的結構-功能連接相當活躍地增加。因此，這些區域結構功能連結的長期發展可能會改善執行功能和自我控制，而這個過程會持續到成年。
有關研究細微差別的更多詳細信息，我建議查看 и 給他。
尾聲
人腦一直並將長期是人類最大的謎團之一。這是一個極其複雜的機制，必須執行許多功能、控制許多進程並儲存大量資訊。對許多父母來說，沒有什麼比十幾歲孩子的大腦更神祕的了。他們的行為有時很難被稱為邏輯或建設性的，但這是由他們的生物發展和社會形成的過程來解釋的。
當然，大腦某些區域的結構和功能連接的變化以及荷爾蒙變化的影響可以為年輕人的特殊行為提供科學依據，但這並不意味著他們不需要指導。人本質上並不是一個不合群的存在。如果有人迴避其他人，那肯定不是因為我們的生物傾向。因此，父母積極參與孩子的生活是孩子發展極為重要的一個面向。
同樣值得理解的是，即使在三歲的時候，孩子就已經是一個有自己的性格、自己的慾望和對周遭世界的看法的個體了。父母不該成為孩子的隱形人，讓他自由自在，但也不應該變成一堵鋼筋水泥牆，保護他不了解世界。在某個地方你需要推動，在某個地方你需要克制，在某個地方你需要給予完全的自由，在某個地方，你需要表現出父母的權威，堅定地說“不”，即使孩子對此不滿意。
為人父母不易，當個好父母更難。但成為一個青少年並不那麼容易。身體外在變化，大腦發生變化，環境變化（以前是學校，現在是大學），生活節奏發生變化。如今，生活常常類似於一級方程式賽車，其中沒有緩慢的空間。但高速伴隨著巨大的風險，因此沒有經驗的騎士可能會受傷。父母的任務就是成為孩子的教練，讓孩子平靜地走向未來的世界，而不用擔心孩子的未來。
有些父母認為自己比其他人更聰明，有些父母準備好實施他們在網路上或從鄰居那裡聽到的任何建議，而有些父母對養育子女的所有複雜性只是「紫羅蘭」。人與人之間是不同的，但正如大腦各部分之間的溝通在人腦中很重要一樣，父母與孩子之間的溝通在教育中也發揮著最重要的作用之一。
感謝收看，保持好奇心，祝大家週末愉快！ 🙂
一些廣告🙂
感謝您與我們在一起。 你喜歡我們的文章嗎？ 想看更多有趣的內容？ 通過下訂單或推薦給朋友來支持我們， , 我們為您發明的入門級服務器的獨特模擬： （適用於 RAID1 和 RAID10，最多 24 個內核和最多 40GB DDR4）。
Dell R730xd 在阿姆斯特丹的 Equinix Tier IV 數據中心便宜 2 倍？ 只有這裡 在荷蘭！ Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 美元起！ 閱讀
來源： www.habr.com