Maximalisme muda dan semangat kontradiksi pada remaja dari sudut pandang neurologi

Salah satu "fenomena" yang paling misterius dan belum sepenuhnya terselesaikan adalah otak manusia. Banyak pertanyaan berputar di sekitar organ yang kompleks ini: mengapa kita memiliki mimpi, bagaimana emosi memengaruhi pengambilan keputusan, sel-sel saraf mana yang bertanggung jawab atas persepsi cahaya dan suara, mengapa sebagian menyukai sprat, dan yang lain suka zaitun? Semua pertanyaan ini menyangkut otak, karena merupakan pengolah utama tubuh manusia. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan memberi perhatian khusus pada otak orang-orang yang entah bagaimana menonjol dari kerumunan (dari genius otodidak hingga psikopat kalkulasi). Tetapi ada kategori orang yang perilakunya tidak biasa dikaitkan dengan usia mereka - remaja. Banyak remaja memiliki rasa kontroversi yang tinggi, semangat petualangan, dan keinginan yang tak tertahankan untuk menemukan petualangan pada poin kelima mereka. Para ilmuwan dari University of Pennsylvania memutuskan untuk mempertimbangkan secara rinci otak misterius remaja dan proses yang terjadi di dalamnya. Tentang apa yang berhasil mereka ketahui, kami belajar dari laporan mereka. Ayo pergi.

Dasar studi

Perangkat apa pun dalam teknologi dan organ dalam tubuh memiliki arsitekturnya sendiri, memungkinkannya bekerja secara efisien. Korteks serebral manusia diatur menurut hierarki fungsional, mulai dari korteks sensorik unimodal * dan berakhir dengan korteks asosiatif transmodal * .

Korteks sensorik * adalah bagian dari korteks serebral yang bertanggung jawab untuk mengumpulkan dan memproses informasi yang diterima dari organ sensorik (mata, lidah, hidung, telinga, kulit, dan alat vestibular).

Korteks asosiatif * - bagian dari korteks parietal otak yang terlibat dalam implementasi gerakan yang direncanakan. Ketika kita akan melakukan gerakan apa pun, otak kita harus tahu di mana pada detik ini tubuh berada dan bagian-bagiannya yang akan bergerak, serta di mana objek-objek lingkungan yang dengannya interaksi direncanakan. Misalnya, Anda ingin mengambil gelas, dan otak Anda sudah tahu di mana tangan dan gelas itu berada.

Hirarki fungsional ini disebabkan oleh anatomi jalur materi putih * yang mengoordinasikan aktivitas saraf yang disinkronkan dan kognisi * .

Materi putih * - jika materi abu-abu terdiri dari neuron, maka putih terdiri dari akson yang dilapisi dengan mielin, di mana impuls ditransmisikan dari tubuh sel ke sel dan organ lain.

Cognition * (cognition) - seperangkat proses yang terkait dengan perolehan pengetahuan baru tentang dunia.

Evolusi korteks serebral pada primata dan perkembangan otak manusia dicirikan oleh ekspansi yang ditargetkan dan remodeling area asosiatif transmodal, yang merupakan dasar dari proses representasi sensorik informasi dan aturan abstrak untuk mencapai tujuan.

Proses pengembangan otak membutuhkan banyak waktu, di mana banyak proses meningkatkan otak sebagai suatu sistem terjadi: mielinisasi * , pemangkasan sinaptik * , dll.

Myelination * - oligodendrocytes (sejenis sel tambahan dari sistem saraf) membungkus satu atau bagian lain dari akson, sebagai akibatnya satu oligodendrosit mengikat ke beberapa neuron sekaligus. Semakin aktif akson, semakin kuat mielinisasi, karena ini meningkatkan efektivitasnya.

Pemangkasan sinaptik * - mengurangi jumlah sinapsis / neuron untuk meningkatkan efisiensi sistem saraf, mis. menyingkirkan koneksi yang tidak perlu. Dengan kata lain, ini adalah realisasi dari prinsip "bukan kuantitas, tetapi kualitas."

Selama pembentukan otak, spesifikasi fungsional terbentuk dalam korteks asosiatif transmodal, yang secara langsung mempengaruhi perkembangan fungsi eksekutif tingkat tinggi, seperti memori kerja * , fleksibilitas kognitif * dan kontrol penghambatan * .

Memori kerja * adalah sistem kognitif penyimpanan informasi sementara. Jenis memori ini diaktifkan pada saat proses pemikiran saat ini dan terlibat dalam pengambilan keputusan dan dalam pembentukan respons perilaku.

Fleksibilitas kognitif * - kemampuan untuk beralih dari satu pikiran ke yang lain dan / atau untuk memikirkan beberapa hal sekaligus.

Kontrol penghambatan * (reaksi penghambatan) adalah fungsi eksekutif yang mengawasi kemampuan seseorang untuk menekan respons perilaku impulsif (alami, kebiasaan atau dominan) terhadap rangsangan untuk menerapkan respons yang lebih tepat untuk situasi tertentu (rangsangan eksternal).

Studi tentang koneksi struktural dan fungsional otak dimulai sejak lama. Dengan munculnya teori jaringan, menjadi mungkin untuk memvisualisasikan hubungan struktural dan fungsional dalam sistem neurobiologis dan membaginya menjadi beberapa kategori. Pada intinya, hubungan struktural-fungsional adalah sejauh mana distribusi koneksi anatomi di wilayah otak mendukung aktivitas saraf yang disinkronkan.

Ditemukan bahwa ada hubungan yang kuat antara indikator konektivitas struktural dan fungsional di berbagai skala spatio-temporal. Dengan kata lain, metode penelitian yang lebih modern telah memungkinkan untuk mengkategorikan area otak tertentu sesuai dengan fitur fungsional mereka yang berkaitan dengan usia situs dan ukurannya.

Namun, menurut para ilmuwan, saat ini praktis tidak ada data tentang bagaimana perubahan dalam arsitektur materi putih selama perkembangan otak manusia mendukung fluktuasi yang konsisten dalam aktivitas saraf.

Komunikasi struktural dan fungsional adalah dasar untuk komunikasi fungsional dan terjadi ketika profil koneksi antar materi putih di wilayah kortikal memprediksi kekuatan koneksi fungsional antardaerah. Artinya, aktivitas materi putih akan ditampilkan dalam aktivasi fungsi eksekutif otak, sehingga akan mungkin untuk menilai tingkat kekuatan koneksi struktural-fungsional.

Untuk menggambarkan hubungan struktural-fungsional, para ilmuwan mengajukan tiga hipotesis yang diuji selama penelitian.

Hipotesis pertama menyatakan bahwa hubungan struktural-fungsional akan mencerminkan spesialisasi fungsional wilayah kortikal. Artinya, hubungan struktural-fungsional akan kuat di korteks somatosensori, berkat proses yang menentukan perkembangan awal hierarki sensorik khusus. Sebaliknya, hubungan struktural-fungsional akan rendah di korteks asosiatif transmodal, di mana komunikasi fungsional dapat melemah karena keterbatasan genetik dan anatomi karena ekspansi evolusi yang cepat.

Hipotesis kedua didasarkan pada mielinisasi tergantung aktivitas jangka panjang selama pengembangan dan mengklaim bahwa pengembangan ikatan struktural-fungsional akan terkonsentrasi di korteks asosiatif transmodal.

Hipotesis ketiga: hubungan struktural-fungsional mencerminkan spesialisasi fungsional wilayah kortikal. Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa koneksi struktural dan fungsional yang lebih kuat di korteks asosiatif frontoparietal akan berpartisipasi dalam perhitungan khusus yang diperlukan untuk pelaksanaan fungsi eksekutif.

Hasil penelitian

Untuk mengkarakterisasi perkembangan interaksi struktural-fungsional pada remaja, para ilmuwan mengkuantifikasi sejauh mana koneksi struktural dari berbagai bagian otak mendukung fluktuasi terkoordinasi dalam aktivitas saraf.

Menggunakan data multimodal neuroimaging dari 727 peserta berusia 8 hingga 23 tahun, traktus difusi probabilistik dan konektivitas fungsional antara setiap pasangan daerah kortikal dilakukan selama tugas n-back * terkait dengan aktivitas memori kerja.

Tugas n-back * adalah metode untuk merangsang aktivitas area otak tertentu dan memeriksa memori yang bekerja. Subjek diberikan sejumlah rangsangan (visual, suara, dll.). Dia harus menentukan dan menunjukkan apakah stimulus ini atau itu ada di posisi yang lalu. Misalnya: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (tugas 3-belakang, di mana surat tertentu terjadi 3 posisi sebelumnya).

Konektivitas fungsional saat istirahat mencerminkan fluktuasi spontan dalam aktivitas saraf. Tetapi selama pelaksanaan tugas memori kerja, koherensi fungsional dapat meningkatkan koneksi saraf tertentu atau populasi yang terlibat dalam fungsi eksekutif.


Gambar No. 1: pengukuran hubungan struktural dan fungsional otak manusia.

Node dalam jaringan struktural dan fungsional otak ditentukan menggunakan 400 kortikal parcellation (pembagian ke dalam zona) berdasarkan homogenitas fungsional dalam data MRI peserta penelitian. Untuk setiap peserta dalam penelitian ini, profil konektivitas regional diekstraksi dari setiap baris matriks konektivitas struktural atau fungsional dan disajikan sebagai vektor kekuatan konektivitas dari satu node jaringan saraf ke semua node lainnya.

Untuk mulai dengan, para ilmuwan memeriksa apakah distribusi spasial dari hubungan struktural dan fungsional bertepatan dengan sifat dasar organisasi kortikal.


Gambar No. 2

Perlu dicatat bahwa hubungan antara profil regional konektivitas struktural dan fungsional sangat bervariasi di seluruh korteks ( 2A ). Koneksi yang lebih kuat diamati di sensor prefrontal korteks sensorik dan medial. Tetapi di daerah lateral, temporal dan frontoparietal, koneksi agak lemah.

Untuk penilaian yang lebih dimengerti tentang hubungan antara komunikasi struktural dan fungsional dan spesialisasi fungsional, koefisien "partisipasi" dihitung, yang merupakan representasi grafis dari penentuan kuantitatif konektivitas antara wilayah otak yang secara fungsional khusus. Masing-masing daerah otak ditugaskan ke tujuh jaringan saraf fungsional klasik. Node saraf neural otak dengan koefisien partisipasi tinggi menunjukkan komunikasi antar-modul yang berbeda (komunikasi antar daerah otak) dan, oleh karena itu, dapat memengaruhi proses transfer informasi antar wilayah, serta dinamika mereka. Tetapi node dengan koefisien partisipasi yang rendah menunjukkan lebih banyak koneksi lokal di dalam area otak itu sendiri, dan bukan di antara beberapa area. Sederhananya, jika koefisien tinggi - berbagai bagian otak berinteraksi secara aktif satu sama lain, jika aktivitas rendah terjadi di dalam situs tanpa komunikasi dengan yang tetangga ( 2C ).

Selanjutnya, hubungan antara variabilitas konektivitas struktural-fungsional dan hirarki fungsional skala makro dievaluasi. Hubungan struktural dan fungsional sebagian besar bertepatan dengan gradien utama konektivitas fungsional: daerah sensorik unimodal menunjukkan hubungan struktural dan fungsional yang relatif kuat, sementara daerah transmodal di bagian atas hirarki fungsional menunjukkan koneksi yang lebih lemah ( 2D ).

Juga ditemukan bahwa ada korelasi kuat antara hubungan struktural-fungsional dan ekspansi evolusi area permukaan korteks ( 2E ). Daerah sensorik yang sangat terkonservasi memiliki hubungan struktural-fungsional yang relatif kuat, sementara daerah transmodal yang diperluas memiliki koneksi yang lebih lemah. Pengamatan seperti itu sepenuhnya mengkonfirmasi hipotesis bahwa hubungan struktural-fungsional adalah refleksi dari hirarki kortikal spesialisasi fungsional dan ekspansi evolusi.


Gambar No. 3

Ilmuwan sekali lagi ingat bahwa studi sebelumnya lebih fokus pada studi konektivitas struktural dan fungsional di otak orang dewasa. Dalam karya yang sama, penekanan ditempatkan pada studi otak, yang masih dalam proses perkembangan, yaitu pada studi otak remaja.

Ditemukan bahwa pada otak remaja, perbedaan terkait usia dalam ikatan struktural-fungsional tersebar luas di lateral temporal, parietal dan prefrontal cortex ( 3A ) yang lebih rendah. Konektivitas yang ditingkatkan didistribusikan secara tidak proporsional ke daerah kortikal, yaitu hadir dalam subset unik dari daerah korteks ( 3B ) yang dipisahkan secara fungsional, yang tidak diamati di otak orang dewasa.

Besarnya perbedaan terkait usia dalam hubungan struktural-fungsional sangat berkorelasi dengan koefisien partisipasi fungsional ( 3C ) dan gradien fungsional ( 3D ).

Distribusi spasial dari perbedaan terkait usia dalam hubungan struktural-fungsional juga berhubungan dengan ekspansi korteks secara evolusioner. Peningkatan konektivitas yang berkaitan dengan usia diamati pada korteks serebral asosiatif yang membesar, sementara penurunan konektivitas yang berkaitan dengan usia diamati pada korteks sensorik motorik yang sangat dipertahankan ( 3E ).

Pada fase penelitian selanjutnya, 294 partisipan memeriksa ulang otak 1,7 tahun setelah yang pertama. Dengan demikian, adalah mungkin untuk menentukan hubungan antara perubahan terkait usia dalam konektivitas struktural dan fungsional dan perubahan perkembangan intraindividual. Untuk ini, penilaian terhadap perubahan longitudinal dalam konektivitas struktural dan fungsional dilakukan.


Gambar No. 4

Sebuah korespondensi yang signifikan ditemukan antara perubahan yang berkaitan dengan usia transversal dan longitudinal dalam hubungan struktural-fungsional ( 4A ).

Untuk memeriksa hubungan perubahan longitudinal dalam konektivitas struktural-fungsional ( 4B ) dan perubahan longitudinal dalam koefisien partisipasi fungsional ( 4C ), regresi linier digunakan. Ditemukan bahwa perubahan longitudinal dalam konektivitas berhubungan dengan perubahan longitudinal dalam koefisien partisipasi fungsional dalam bidang asosiatif terdistribusi orde tinggi, termasuk korteks prefrontal dorsal dan medial, korteks parietal yang lebih rendah dan korteks lateral-temporal ( 4D ).


Gambar No. 5

Kemudian, para ilmuwan mencoba memahami efek dari perbedaan individu dalam hubungan struktural dan fungsional pada perilaku. Secara khusus, dapat konektivitas struktural-fungsional selama pelaksanaan tugas dengan memori kerja menjelaskan kinerja eksekutif. Ditemukan bahwa peningkatan dalam kegiatan eksekutif dikaitkan dengan koherensi struktural dan fungsional yang lebih kuat di korteks prefrontal rostrolateral, gyrus cingulate posterior, dan medial occipital cortex ( 5A ).

Totalitas dari pengamatan di atas mengarah pada beberapa kesimpulan utama. Pertama, perubahan regional dalam konektivitas struktural dan fungsional berbanding terbalik dengan kompleksitas fungsi yang menjadi tanggung jawab wilayah otak tertentu. Hubungan struktural-fungsional yang lebih kuat ditemukan di bagian otak yang berspesialisasi dalam memproses informasi sensorik sederhana (misalnya, sinyal visual). Dan di area otak yang terlibat dalam proses yang lebih kompleks (fungsi eksekutif dan kontrol penghambatan) ada konektivitas struktural dan fungsional yang lebih rendah.

Juga ditemukan bahwa konektivitas struktural dan fungsional konsisten dengan ekspansi evolusi otak yang diamati pada primata. Studi komparatif dari otak manusia, primata, dan monyet telah dilakukan, yang menunjukkan bahwa daerah sensorik (misalnya, sistem visual) sangat konservatif di antara primata dan belum berkembang banyak selama evolusi baru-baru ini. Tetapi area asosiatif otak (misalnya, prefrontal cortex) mengalami ekspansi yang signifikan. Mungkin ekspansi ini secara langsung mempengaruhi munculnya kemampuan kognitif yang kompleks pada manusia. Ditemukan bahwa area otak yang berkembang pesat selama evolusi memiliki konektivitas struktural dan fungsional yang lebih lemah, sementara area sensorik sederhana lebih kuat.

Pada anak-anak dan remaja, hubungan struktural-fungsional meningkat cukup aktif di daerah frontal otak, yang bertanggung jawab untuk fungsi penghambatan (mis., Kontrol diri). Dengan demikian, pengembangan jangka panjang konektivitas struktural dan fungsional di bidang-bidang ini dapat meningkatkan fungsi eksekutif dan pengendalian diri, proses pengembangan yang berlanjut hingga dewasa.

Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat laporan para ilmuwan dan bahan tambahan untuk itu.

Epilog

Otak manusia selalu dan akan lama menjadi salah satu misteri terbesar umat manusia. Ini adalah mekanisme yang sangat kompleks yang harus melakukan banyak fungsi, mengendalikan banyak proses dan menyimpan banyak informasi. Bagi banyak orang tua, tidak ada yang lebih misterius daripada otak anak-anak remaja mereka. Perilaku mereka kadang-kadang sulit disebut logis atau konstruktif, tetapi ini disebabkan oleh proses perkembangan biologis dan pembentukan sosial mereka.

Tentu saja, perubahan dalam hubungan struktural dan fungsional wilayah otak tertentu dan pengaruh perubahan hormon dapat menjadi pembenaran ilmiah untuk perilaku aneh anak muda, tetapi ini tidak berarti bahwa mereka tidak perlu diarahkan. Manusia pada dasarnya bukanlah makhluk antisosial. Jika seseorang menghindari orang lain, maka tentu saja bukan karena kecenderungan biologis kita. Oleh karena itu, partisipasi aktif orang tua dalam kehidupan anak-anak mereka adalah aspek yang sangat penting dalam perkembangan mereka.

Juga harus dipahami bahwa bahkan pada usia tiga tahun, anak sudah menjadi orang dengan karakternya sendiri, keinginannya dan pandangannya sendiri tentang dunia. Orang tua seharusnya tidak menjadi tidak terlihat oleh anaknya, membiarkannya berenang bebas, tetapi tidak harus berubah menjadi dinding beton bertulang, melindunginya dari pengetahuan dunia. Di suatu tempat perlu untuk mendorong, di suatu tempat untuk memegang, di suatu tempat untuk memberikan kebebasan penuh, dan di suatu tempat, setelah menunjukkan otoritas orangtua, untuk mengatakan tegas "tidak", bahkan jika anak tidak senang dengan ini.

Sulit menjadi orangtua, bahkan lebih sulit menjadi orangtua yang baik. Tetapi menjadi seorang remaja juga tidak sesederhana itu. Tubuh berubah secara eksternal, otak berubah, lingkungan berubah (ada sekolah, dan sekarang universitas), irama kehidupan berubah. Saat ini, kehidupan sering menyerupai Formula 1, di mana tidak ada tempat untuk kelambatan. Tetapi kecepatan tinggi dikaitkan dengan risiko besar, karena pengendara yang tidak berpengalaman dapat menderita. Tugas orang tua adalah menjadi pelatih anaknya, untuk dengan tenang melepaskannya ke dunia di masa depan, tanpa takut akan masa depannya.

Beberapa orang tua menganggap diri mereka lebih pintar daripada yang lain, beberapa siap menerapkan saran apa pun yang didengar di Internet atau dari tetangga, dan bagi seseorang itu hanya "violet" untuk semua detail pengasuhan. , , .

Terima kasih atas perhatian Anda, tetap penasaran dan selamat berakhir pekan, semuanya! :)

Sedikit iklan :)

Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman Anda VPS berbasis cloud untuk pengembang mulai $ 4,99 , analog unik dari server entry-level yang diciptakan oleh kami untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps mulai dari $ 19 atau cara membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 kali lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?