Uno de los "fenómenos" más misteriosos y no totalmente resueltos es el cerebro humano. Muchas preguntas giran en torno a este complejo órgano: ¿por qué tenemos sueños, cómo afectan las emociones a la toma de decisiones, qué células nerviosas son responsables de la percepción de la luz y el sonido, por qué a algunos les gustan los espadines y otros aman las aceitunas? Todas estas preguntas conciernen al cerebro, porque es el procesador central del cuerpo humano. Durante muchos años, los científicos prestaron especial atención a los cerebros de las personas que de alguna manera se destacaban entre la multitud (desde genios autodidactas hasta psicópatas calculadores). Pero hay una categoría de personas cuyo comportamiento inusual se asocia con su edad: los adolescentes. Muchos adolescentes tienen un elevado sentido de controversia, un espíritu de aventurerismo y un deseo irresistible de encontrar aventuras en su quinto punto. Los científicos de la Universidad de Pennsylvania decidieron considerar en detalle los cerebros misteriosos de los adolescentes y los procesos que ocurren en ellos. Sobre lo que lograron averiguar, aprendemos de su informe. Vamos
Base de estudio
Cualquier dispositivo en tecnología y un órgano en el cuerpo tiene su propia arquitectura, lo que les permite trabajar de manera eficiente. La corteza cerebral humana se organiza de acuerdo con una jerarquía funcional, comenzando desde la
corteza sensorial * unimodal y terminando con la
corteza asociativa transmodal
* .
La corteza sensorial * es la parte de la corteza cerebral responsable de recolectar y procesar la información recibida de los órganos sensoriales (ojos, lengua, nariz, oídos, piel y aparato vestibular).
Corteza asociativa *: parte de la corteza parietal del cerebro involucrada en la implementación de movimientos planificados. Cuando vamos a realizar cualquier movimiento, nuestro cerebro debe saber dónde se encuentra en este segundo el cuerpo y sus partes que se moverán, así como dónde están los objetos del entorno con el que se planifica la interacción. Por ejemplo, desea tomar una taza, y su cerebro ya sabe dónde se encuentran la mano y la taza.
Esta jerarquía funcional se debe a la anatomía de las vías de la
materia blanca * que coordinan la actividad neuronal sincronizada y la
cognición * .
Materia blanca * : si la materia gris consiste en neuronas, entonces el blanco consiste en axones recubiertos con mielina, a lo largo de los cuales los impulsos se transmiten desde el cuerpo celular a otras células y órganos.
Cognición * (cognición): un conjunto de procesos asociados con la adquisición de nuevos conocimientos sobre el mundo.
La evolución de la corteza cerebral en los primates y el desarrollo del cerebro humano se caracterizan por la expansión y remodelación específicas de las áreas asociativas transmodales, que son la base de los procesos de representación sensorial de la información y las reglas abstractas para lograr el objetivo.
El proceso de desarrollo del cerebro lleva mucho tiempo, durante el cual tienen lugar muchos procesos de mejora del cerebro como sistema:
mielinización * ,
poda sináptica * , etc.
Mielinización * : los oligodendrocitos (un tipo de células auxiliares del sistema nervioso) envuelven una u otra parte del axón, como resultado de lo cual un oligodendrocito se une a varias neuronas a la vez. Cuanto más activo es el axón, más fuerte es su mielinización, ya que esto aumenta su efectividad.
Poda sináptica * : reduce el número de sinapsis / neuronas para aumentar la eficiencia del sistema neurológico, es decir deshacerse de conexiones innecesarias. En otras palabras, esta es la realización del principio de "no cantidad, sino calidad".
Durante la formación del cerebro, se forma una especificación funcional en la corteza asociativa transmodal, que afecta directamente el desarrollo de funciones ejecutivas de orden superior, como la
memoria de trabajo * ,
la flexibilidad cognitiva * y el
control inhibitorio * .
La memoria de trabajo * es un sistema cognitivo de almacenamiento temporal de información. Este tipo de memoria se activa en el momento de los procesos de pensamiento actuales y está involucrado en la toma de decisiones y en la formación de respuestas conductuales.
Flexibilidad cognitiva * : la capacidad de cambiar de un pensamiento a otro y / o pensar en varias cosas a la vez.
El control inhibitorio * (reacción de inhibición) es una función ejecutiva que supervisa la capacidad de una persona para suprimir sus respuestas conductuales impulsivas (naturales, habituales o dominantes) a los estímulos para implementar una respuesta más apropiada a una situación específica (estímulo externo).
El estudio de las conexiones estructurales y funcionales del cerebro comenzó hace mucho tiempo. Con el advenimiento de la teoría de redes, se hizo posible visualizar relaciones estructurales y funcionales en sistemas neurobiológicos y dividirlas en categorías. En esencia, una relación estructural-funcional es el grado en que la distribución de las conexiones anatómicas en la región cerebral apoya la actividad neural sincronizada.
Se encontró que existe una fuerte conexión entre los indicadores de conectividad estructural y funcional en varias escalas espacio-temporales. En otras palabras, los métodos de estudio más modernos han permitido clasificar ciertas áreas del cerebro de acuerdo con sus características funcionales relacionadas con la edad del sitio y su tamaño.
Sin embargo, según los científicos, en este momento prácticamente no hay datos sobre cómo los cambios en la arquitectura de la materia blanca durante el desarrollo del cerebro humano apoyan fluctuaciones constantes en la actividad neuronal.
La comunicación estructural y funcional es la base de la comunicación funcional y ocurre cuando el perfil de la conexión interregional de la materia blanca en la región cortical predice la fuerza de la conexión funcional interregional. Es decir, la actividad de la materia blanca se mostrará en la activación de las funciones ejecutivas del cerebro, por lo que será posible evaluar el grado de fuerza de la conexión estructural-funcional.
Para describir la relación estructural-funcional, los científicos presentaron tres hipótesis que se probaron durante el estudio.
La primera hipótesis establece que la relación estructural-funcional reflejará la especialización funcional de la región cortical. Es decir, la relación estructural-funcional será fuerte en la corteza somatosensorial, gracias a procesos que determinan el desarrollo temprano de jerarquías sensoriales especializadas. Por el contrario, la relación estructural-funcional será baja en la corteza asociativa transmodal, donde la comunicación funcional puede debilitarse debido a limitaciones genéticas y anatómicas debido a la rápida expansión evolutiva.
La segunda hipótesis se basa en una mielinización dependiente de la actividad a largo plazo durante el desarrollo y afirma que el desarrollo de enlaces funcionales estructurales se concentrará en la corteza asociativa transmodal.
La tercera hipótesis: la relación estructural-funcional refleja la especialización funcional de la región cortical. Por lo tanto, se puede suponer que una conexión estructural y funcional más fuerte en la corteza asociativa frontoparietal participará en los cálculos especializados necesarios para la implementación de las funciones ejecutivas.
Resultados de la investigación
Para caracterizar el desarrollo de la interacción estructural-funcional en adolescentes, los científicos cuantificaron el grado en que las conexiones estructurales de diferentes partes del cerebro apoyan fluctuaciones coordinadas en la actividad neuronal.
Utilizando datos de neuroimagen multimodal de 727 participantes de 8 a 23 años, se realizó una tractografía de difusión probabilística y conectividad funcional entre cada par de regiones corticales durante la
tarea n-back * asociada con la actividad de la memoria de trabajo.
La tarea n-back * es un método para estimular la actividad de ciertas áreas del cerebro y verificar la memoria de trabajo. El sujeto recibe una serie de estímulos (visuales, sonoros, etc.). Debe determinar e indicar si este o aquel estímulo fue hace n posiciones. Por ejemplo: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (tarea de 3 copias, donde se produjo una determinada letra 3 posiciones antes).
La conectividad funcional en reposo refleja fluctuaciones espontáneas en la actividad neuronal. Pero durante la ejecución de la tarea de la memoria de trabajo, la coherencia funcional puede mejorar ciertas conexiones nerviosas o poblaciones involucradas en funciones ejecutivas.
Imagen No. 1: medición de la relación estructural y funcional del cerebro humano.Los nodos en las redes estructurales y funcionales del cerebro se determinaron mediante parcelación cortical de 400 zonas (división en zonas) en función de la homogeneidad funcional en los datos de resonancia magnética de los participantes del estudio. Para cada participante en el estudio, los perfiles de conectividad regional se extrajeron de cada fila de la matriz de conectividad estructural o funcional y se presentan como vectores de fuerza de conectividad desde un nodo de la red neuronal a todos los demás nodos.
Para empezar, los científicos verificaron si la distribución espacial de las relaciones estructurales y funcionales coincide con las propiedades fundamentales de la organización cortical.
Imagen No. 2Vale la pena señalar que la relación entre los perfiles regionales de conectividad estructural y funcional varió mucho en toda la corteza (
2A ). Se observó una conexión más fuerte en la corteza prefrontal sensorial y medial primaria. Pero en las regiones lateral, temporal y frontoparietal, la conexión era bastante débil.
Para una evaluación más comprensible de la relación entre la comunicación estructural y funcional y la especialización funcional, se calculó el coeficiente de "participación", que es una representación gráfica de la determinación cuantitativa de la conectividad entre regiones cerebrales funcionalmente especializadas. Cada una de las regiones del cerebro fue asignada a siete redes neuronales funcionales clásicas. Los nodos neuronales neuronales del cerebro con un alto coeficiente de participación demuestran diferentes comunicaciones entre módulos (comunicación entre regiones cerebrales) y, por lo tanto, pueden afectar los procesos de transferencia de información entre regiones, así como su dinámica. Pero los nodos con un bajo coeficiente de participación demuestran más conexiones locales dentro del área del cerebro, y no entre varias áreas. En pocas palabras, si el coeficiente es alto, diferentes partes del cerebro interactúan activamente entre sí, si hay poca actividad dentro del sitio sin comunicación con las vecinas (
2C ).
A continuación, se evaluó la relación entre la variabilidad de la conectividad funcional-estructural y la jerarquía funcional a macroescala. La relación estructural y funcional coincide en gran medida con el gradiente principal de conectividad funcional: las regiones sensoriales unimodales exhiben una relación estructural y funcional relativamente fuerte, mientras que las regiones transmodales en la parte superior de la jerarquía funcional exhiben una conexión más débil (
2D ).
También se descubrió que existe una fuerte correlación entre la relación estructural-funcional y la expansión evolutiva del área superficial de la corteza (
2E ). Las regiones sensoriales altamente conservadas tenían una relación estructural-funcional relativamente fuerte, mientras que las regiones transmodales fuertemente expandidas tenían una conexión más débil. Tales observaciones confirman plenamente la hipótesis de que la relación estructural-funcional es un reflejo de la jerarquía cortical de especialización funcional y expansión evolutiva.
Imagen No. 3Los científicos recuerdan una vez más que los estudios anteriores se han centrado más en el estudio de la conectividad estructural y funcional en el cerebro adulto. En el mismo trabajo, se hizo hincapié en el estudio del cerebro, que todavía está en proceso de desarrollo, es decir. en un estudio de cerebro adolescente.
Se descubrió que en los cerebros adolescentes, las diferencias relacionadas con la edad en los enlaces estructural-funcionales estaban ampliamente distribuidas en la corteza lateral temporal, parietal inferior y prefrontal (
3A ). La conectividad mejorada se distribuyó desproporcionadamente sobre las regiones corticales, es decir estaban presentes en un subconjunto único de áreas funcionalmente separadas de la corteza (
3B ), que no se observó en el cerebro de un adulto.
La magnitud de las diferencias relacionadas con la edad en las relaciones estructural-funcionales se correlacionó fuertemente con el coeficiente de participación funcional (
3C ) y el gradiente funcional (
3D ).
La distribución espacial de las diferencias relacionadas con la edad en las relaciones estructural-funcionales también correspondió a la expansión evolutiva de la corteza. Se observó un aumento de la conectividad relacionado con la edad en la corteza cerebral asociativa ampliada, mientras que se observó una disminución de la conectividad relacionada con la edad en la corteza sensorial-motora altamente conservada (
3E ).
En la siguiente fase del estudio, 294 participantes volvieron a examinar el cerebro 1,7 años después del primero. Por lo tanto, fue posible determinar la relación entre los cambios relacionados con la edad en la conectividad estructural y funcional y los cambios de desarrollo intraindividuales. Para ello, se realizó una evaluación de los cambios longitudinales en la conectividad estructural y funcional.
Imagen No. 4Se encontró una correspondencia significativa entre los cambios transversales y longitudinales relacionados con la edad en la relación estructural-funcional (
4A ).
Para verificar la relación de los cambios longitudinales en la conectividad estructural-funcional (
4B ) y los cambios longitudinales en el coeficiente de participación funcional (
4C ), se utilizó la regresión lineal. Se descubrió que los cambios longitudinales en la conectividad correspondían a cambios longitudinales en el coeficiente de participación funcional en áreas asociativas distribuidas de alto orden, incluyendo la corteza prefrontal dorsal y medial, la corteza parietal inferior y la corteza lateral-temporal (
4D ).
Imagen No. 5Luego, los científicos trataron de comprender los efectos de las diferencias individuales en las relaciones estructurales y funcionales sobre el comportamiento. En particular, ¿puede la conectividad funcional-estructural durante la ejecución de una tarea con memoria de trabajo explicar el rendimiento ejecutivo? Se encontró que la mejora en la actividad ejecutiva se asocia con una coherencia estructural y funcional más fuerte en la corteza prefrontal rostrolateral, la circunvolución cingulada posterior y la corteza occipital medial (
5A ).
La totalidad de las observaciones anteriores lleva a varias conclusiones principales. En primer lugar, los cambios regionales en la conectividad estructural y funcional son inversamente proporcionales a la complejidad de la función de la que es responsable una región particular del cerebro. Se encontró una relación estructural-funcional más fuerte en partes del cerebro que se especializan en procesar información sensorial simple (por ejemplo, señales visuales). Y en las áreas del cerebro involucradas en procesos más complejos (función ejecutiva y control inhibitorio) hubo una menor conectividad estructural y funcional.
También se descubrió que la conectividad estructural y funcional es consistente con la expansión evolutiva del cerebro que se observa en los primates. Ya se han realizado estudios comparativos del cerebro humano, los primates y los monos, que mostraron que las regiones sensoriales (por ejemplo, el sistema visual) son muy conservadoras entre los primates y no se han expandido mucho durante la evolución reciente. Pero las áreas asociativas del cerebro (por ejemplo, la corteza prefrontal) experimentaron una expansión significativa. Quizás esta expansión afectó directamente la aparición de habilidades cognitivas complejas en humanos. Se descubrió que las áreas del cerebro que se expandieron rápidamente durante la evolución tenían una conectividad estructural y funcional más débil, mientras que las áreas sensoriales simples eran más fuertes.
En niños y adolescentes, la relación estructural-funcional aumenta bastante activamente en las áreas frontales del cerebro, que son responsables de la función de inhibición (es decir, el autocontrol). Por lo tanto, el desarrollo a largo plazo de la conectividad estructural y funcional en estas áreas puede mejorar la función ejecutiva y el autocontrol, cuyo proceso de desarrollo continúa hasta la edad adulta.
Para conocer más detalladamente los matices del estudio, le recomiendo que examine el
informe de los científicos y los
materiales adicionales .
Epílogo
El cerebro humano siempre ha sido y será uno de los mayores misterios de la humanidad. Este es un mecanismo increíblemente complejo que debe realizar muchas funciones, controlar muchos procesos y almacenar grandes cantidades de información. Para muchos padres, no hay nada más misterioso que el cerebro de sus hijos adolescentes. Su comportamiento a veces es difícil de llamar lógico o constructivo, pero esto se debe al proceso de su desarrollo biológico y formación social.
Por supuesto, los cambios en las relaciones estructurales y funcionales de ciertas regiones del cerebro y la influencia de los cambios hormonales pueden ser una justificación científica para el comportamiento peculiar de los jóvenes, pero esto no significa que no necesiten ser dirigidos. El hombre no es inherentemente un ser antisocial. Si alguien evita a otras personas, entonces ciertamente no debido a nuestra predisposición biológica. Por lo tanto, la participación activa de los padres en la vida de sus hijos es un aspecto extremadamente importante de su desarrollo.
También debe entenderse que incluso a la edad de tres años, el niño ya es una persona con su propio carácter, sus deseos y su propia visión del mundo. El padre no debe volverse invisible para su hijo, dejándolo nadar libremente, pero no debe convertirse en un muro de hormigón armado, protegiéndolo del conocimiento del mundo. En algún lugar es necesario presionar, en algún lugar para abrazar, en algún lugar para dar total libertad, y en algún lugar, después de haber demostrado la autoridad de los padres, para decir un "no" firme, incluso si el niño no está contento con esto.
Es difícil ser padre, es aún más difícil ser un buen padre. Pero ser adolescente tampoco es tan simple. El cuerpo cambia externamente, el cerebro cambia, el entorno cambia (había una escuela y ahora una universidad), el ritmo de la vida cambia. Hoy en día, la vida a menudo se parece a la Fórmula 1, en la que no hay lugar para la lentitud. Pero la alta velocidad está asociada con un gran riesgo, porque un piloto sin experiencia puede sufrir. La tarea del padre es convertirse en el entrenador de su hijo, con el fin de liberarlo tranquilamente en el mundo en el futuro, sin temor a su futuro.
Algunos padres se consideran más inteligentes que otros, algunos están listos para implementar cualquier consejo que se escuche en Internet o de un vecino, y para alguien es simplemente "violeta" para todos los detalles de la educación. , , .
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