Um dos "fenômenos" mais misteriosos e não totalmente resolvidos é o cérebro humano. Muitas questões giram em torno deste órgão complexo: por que temos sonhos, como as emoções afetam a tomada de decisões, quais células nervosas são responsáveis pela percepção da luz e do som, por que algumas gostam de espadilhas e outras adoram azeitonas? Todas essas questões dizem respeito ao cérebro, porque é o processador central do corpo humano. Por muitos anos, os cientistas prestaram atenção especial ao cérebro de pessoas que de alguma forma se destacaram da multidão (de gênios autodidatas a psicopatas calculistas). Mas há uma categoria de pessoas cujo comportamento incomum está associado à sua idade - adolescentes. Muitos adolescentes têm um grande senso de controvérsia, um espírito de aventureiro e um desejo irresistível de encontrar aventura em seu quinto ponto. Cientistas da Universidade da Pensilvânia decidiram considerar em detalhes os cérebros misteriosos dos adolescentes e os processos que ocorrem neles. Sobre o que eles conseguiram descobrir, aprendemos com o relatório deles. Vamos lá
Base de estudo
Qualquer dispositivo em tecnologia e um órgão no corpo tem sua própria arquitetura, permitindo que eles trabalhem com eficiência. O córtex cerebral humano é organizado de acordo com uma hierarquia funcional, começando no
córtex sensorial unimodal * e terminando no
córtex associativo transmodal
* .
O córtex sensorial * é a parte do córtex cerebral responsável pela coleta e processamento das informações recebidas dos órgãos sensoriais (olhos, língua, nariz, ouvidos, pele e aparelho vestibular).
Córtex associativo * - parte do córtex parietal do cérebro envolvido na implementação dos movimentos planejados. Quando vamos realizar qualquer movimento, nosso cérebro deve saber onde, neste segundo momento, o corpo está localizado e suas partes que se moverão, bem como onde estão os objetos do ambiente com o qual a interação é planejada. Por exemplo, você quer pegar uma xícara e seu cérebro já sabe onde estão localizadas a mão e a xícara.
Essa hierarquia funcional é devida à anatomia das vias da
substância branca * que coordenam a atividade neural sincronizada e a
cognição * .
Substância branca * - se a substância cinzenta consiste em neurônios, então o branco consiste em axônios revestidos com mielina, ao longo dos quais os impulsos são transmitidos do corpo celular para outras células e órgãos.
Cognição * (cognição) - um conjunto de processos associados à aquisição de novos conhecimentos sobre o mundo.
A evolução do córtex cerebral nos primatas e o desenvolvimento do cérebro humano são caracterizados por expansão e remodelação direcionadas de áreas associativas transmodais, que são a base dos processos de representação sensorial da informação e regras abstratas para alcançar o objetivo.
O processo de desenvolvimento do cérebro leva muito tempo, durante o qual ocorrem muitos processos de melhoria do cérebro como sistema:
mielinização * ,
poda sináptica * , etc.
Mielinização * - oligodendrócitos (um tipo de células auxiliares do sistema nervoso) envolvem uma ou outra parte do axônio, como resultado do qual um oligodendrócito se liga a vários neurônios ao mesmo tempo. Quanto mais ativo o axônio, mais forte é a mielinização, pois isso aumenta sua eficácia.
Poda sináptica * - reduzindo o número de sinapses / neurônios para aumentar a eficiência do sistema neuro, ou seja, livrar-se de conexões desnecessárias. Em outras palavras, essa é a realização do princípio de "não quantidade, mas qualidade".
Durante a formação do cérebro, uma especificação funcional é formada no córtex associativo transmodal, que afeta diretamente o desenvolvimento de funções executivas de ordem superior, como
memória de trabalho * ,
flexibilidade cognitiva * e
controle inibitório * .
A memória de trabalho * é um sistema cognitivo de armazenamento temporário de informações. Esse tipo de memória é ativado no momento dos processos de pensamento atuais e está envolvido na tomada de decisões e na formação de respostas comportamentais.
Flexibilidade cognitiva * - a capacidade de mudar de um pensamento para outro e / ou pensar em várias coisas ao mesmo tempo.
O controle inibitório * (reação de inibição) é uma função executiva que supervisiona a capacidade de uma pessoa de suprimir suas respostas comportamentais impulsivas (naturais, habituais ou dominantes) a estímulos, a fim de implementar uma resposta mais apropriada a uma situação específica (estímulo externo).
O estudo das conexões estruturais e funcionais do cérebro começou há muito tempo. Com o advento da teoria das redes, tornou-se possível visualizar relações estruturais e funcionais em sistemas neurobiológicos e dividi-las em categorias. Na sua essência, uma relação estrutural-funcional é o grau em que a distribuição das conexões anatômicas na região do cérebro suporta a atividade neural sincronizada.
Verificou-se que existe uma forte conexão entre os indicadores de conectividade estrutural e funcional em várias escalas espaço-temporais. Em outras palavras, métodos mais modernos de estudo permitiram categorizar determinadas áreas do cérebro de acordo com suas características funcionais relacionadas à idade do local e seu tamanho.
No entanto, de acordo com os cientistas, no momento praticamente não existem dados sobre como as mudanças na arquitetura da substância branca durante o desenvolvimento do cérebro humano suportam flutuações consistentes na atividade neural.
A comunicação estrutural e funcional é a base da comunicação funcional e ocorre quando o perfil da conexão inter-regional da substância branca na região cortical prediz a força da conexão funcional inter-regional. Ou seja, a atividade da substância branca será exibida na ativação das funções executivas do cérebro, assim será possível avaliar o grau de força da conexão estrutural-funcional.
Para descrever a relação estrutural-funcional, os cientistas apresentaram três hipóteses testadas durante o estudo.
A primeira hipótese afirma que a relação estrutural-funcional refletirá a especialização funcional da região cortical. Ou seja, a relação estrutural-funcional será forte no córtex somatossensorial, graças a processos que determinam o desenvolvimento inicial de hierarquias sensoriais especializadas. Por outro lado, a relação estrutural-funcional será baixa no córtex associativo transmodal, onde a comunicação funcional pode ser enfraquecida devido a limitações genéticas e anatômicas devido à rápida expansão evolutiva.
A segunda hipótese é baseada em uma mielinização dependente de atividade a longo prazo durante o desenvolvimento e alega que o desenvolvimento de ligações estrutural-funcionais estará concentrado no córtex associativo transmodal.
A terceira hipótese: a relação estrutural-funcional reflete a especialização funcional da região cortical. Portanto, pode-se supor que uma conexão estrutural e funcional mais forte no córtex associativo frontoparietal participará de cálculos especializados necessários para a implementação de funções executivas.
Resultados da pesquisa
Para caracterizar o desenvolvimento da interação estrutural-funcional em adolescentes, os cientistas quantificaram o grau em que as conexões estruturais de diferentes partes do cérebro suportam flutuações coordenadas na atividade neural.
Usando dados de neuroimagem multimodal de 727 participantes com idades entre 8 e 23 anos, foram realizadas tractografia de difusão probabilística e conectividade funcional entre cada par de regiões corticais durante a
tarefa n-back * associada à atividade da memória de trabalho.
A tarefa n-back * é um método de estimular a atividade de certas áreas do cérebro e verificar a memória de trabalho. O assunto é fornecido com vários estímulos (visual, sonoro etc.). Ele deve determinar e indicar se esse ou aquele estímulo estava em n posições atrás. Por exemplo: TLHCHSCCQLCKLHCQTRHKC HR (tarefa com três costas, em que uma determinada carta ocorreu três posições anteriormente).
A conectividade funcional em repouso reflete flutuações espontâneas na atividade neural. Porém, durante a execução da tarefa de memória operacional, a coerência funcional pode melhorar certas conexões nervosas ou populações envolvidas nas funções executivas.
Imagem nº 1: medição da relação estrutural e funcional do cérebro humano.Os nódulos nas redes estruturais e funcionais do cérebro foram determinados usando parcelas corticais de 400 zonas (divisão em zonas) com base na homogeneidade funcional nos dados de RM dos participantes do estudo. Para cada participante do estudo, perfis de conectividade regional foram extraídos de cada linha da matriz de conectividade estrutural ou funcional e apresentados como vetores de conectividade de um nó da rede neural para todos os outros nós.
Para começar, os cientistas verificaram se a distribuição espacial das relações estruturais e funcionais coincide com as propriedades fundamentais da organização cortical.
Imagem No. 2Vale ressaltar que a relação entre os perfis regionais de conectividade estrutural e funcional variou bastante em todo o córtex (
2A ). Uma conexão mais forte foi observada no córtex pré-frontal sensorial e medial primário. Mas nas regiões lateral, temporal e frontoparietal, a conexão era bastante fraca.
Para uma avaliação mais compreensível da relação entre comunicação estrutural e funcional e especialização funcional, foi calculado o coeficiente de “participação”, que é uma representação gráfica da determinação quantitativa da conectividade entre regiões cerebrais funcionalmente especializadas. Cada uma das regiões do cérebro foi atribuída a sete redes neurais funcionais clássicas. Os nós neurais neurais do cérebro com alto coeficiente de participação demonstram diferentes comunicações entre módulos (comunicação entre regiões do cérebro) e, portanto, podem afetar os processos de transferência de informações entre as regiões, bem como sua dinâmica. Mas os nós com baixo coeficiente de participação demonstram mais conexões locais dentro da área do próprio cérebro, e não entre várias áreas. Simplificando, se o coeficiente é alto - partes diferentes do cérebro interagem ativamente entre si, se baixa atividade ocorre dentro do local sem comunicação com os vizinhos (
2C ).
A seguir, foi avaliada a relação entre a variabilidade da conectividade estrutural-funcional e a hierarquia funcional em macro-escala. A relação estrutural e funcional coincide amplamente com o principal gradiente de conectividade funcional: regiões sensoriais unimodais exibem uma relação estrutural e funcional relativamente forte, enquanto regiões transmodais no topo da hierarquia funcional exibem uma conexão mais fraca (
2D ).
Verificou-se também que existe uma forte correlação entre a relação estrutural-funcional e a expansão evolutiva da área superficial do córtex (
2E ). As regiões sensoriais altamente conservadas tinham uma relação estrutural-funcional relativamente forte, enquanto as regiões transmodais fortemente expandidas tinham uma conexão mais fraca. Tais observações confirmam completamente a hipótese de que a relação estrutural-funcional é um reflexo da hierarquia cortical da especialização funcional e expansão evolutiva.
Imagem No. 3Os cientistas lembram mais uma vez que estudos anteriores se concentraram mais no estudo da conectividade estrutural e funcional no cérebro adulto. No mesmo trabalho, a ênfase foi colocada no estudo do cérebro, que ainda está em processo de desenvolvimento, ou seja, em um estudo do cérebro adolescente.
Verificou-se que no cérebro de adolescentes, as diferenças relacionadas à idade nas ligações estrutural-funcionais estavam amplamente distribuídas no córtex temporal lateral, parietal inferior e pré-frontal (
3A ). A conectividade aprimorada foi distribuída desproporcionalmente nas regiões corticais, ou seja, estavam presentes em um único subconjunto de áreas funcionalmente separadas do córtex (
3B ), o que não foi observado no cérebro de um adulto.
A magnitude das diferenças relacionadas à idade nas relações estrutura-funcionais correlacionou-se fortemente com o coeficiente de participação funcional (
3C ) e gradiente funcional (
3D ).
A distribuição espacial das diferenças relacionadas à idade nas relações estrutural-funcionais também correspondeu à expansão evolutiva do córtex. Um aumento na conectividade relacionado à idade foi observado no córtex cerebral associativo aumentado, enquanto uma diminuição na conectividade relacionada à idade foi observada no córtex sensório-motor (
3E ) altamente conservado.
Na próxima fase do estudo, 294 participantes reexaminaram o cérebro 1,7 anos após o primeiro. Assim, foi possível determinar a relação entre mudanças relacionadas à idade na conectividade estrutural e funcional e mudanças no desenvolvimento intraindividuais. Para isso, foi realizada uma avaliação das alterações longitudinais na conectividade estrutural e funcional.
Imagem No. 4Foi encontrada uma correspondência significativa entre as mudanças transversais e longitudinais relacionadas à idade na relação estrutura-funcional (
4A ).
Para verificar a relação entre alterações longitudinais na conectividade estrutural-funcional (
4B ) e alterações longitudinais no coeficiente de participação funcional (
4C ), foi utilizada regressão linear. Verificou-se que alterações longitudinais na conectividade correspondiam a alterações longitudinais no coeficiente de participação funcional em áreas associativas distribuídas de alta ordem, incluindo o córtex pré-frontal dorsal e medial, o córtex parietal inferior e o córtex lateral-temporal (
4D ).
Imagem No. 5Então, os cientistas tentaram entender os efeitos das diferenças individuais nas relações estruturais e funcionais no comportamento. Em particular, a conectividade estrutural-funcional durante a execução de uma tarefa com memória de trabalho pode explicar o desempenho executivo. Verificou-se que a melhora na atividade executiva está associada a uma coerência estrutural e funcional mais forte no córtex pré-frontal rostrolateral, giro cingulado posterior e córtex occipital medial (
5A ).
A totalidade das observações acima leva a várias conclusões principais. Em primeiro lugar, as mudanças regionais na conectividade estrutural e funcional são inversamente proporcionais à complexidade da função pela qual uma região cerebral específica é responsável. Uma relação estrutural-funcional mais forte foi encontrada em partes do cérebro especializadas no processamento de informações sensoriais simples (por exemplo, sinais visuais). E nas áreas do cérebro envolvidas em processos mais complexos (função executiva e controle inibitório), houve menor conectividade estrutural e funcional.
Também foi descoberto que a conectividade estrutural e funcional é consistente com a expansão evolutiva do cérebro que é observada nos primatas. Estudos comparativos do cérebro humano, primata e macaco já foram realizados, o que mostrou que as regiões sensoriais (por exemplo, o sistema visual) são muito conservadoras entre os primatas e não se expandiram muito durante a evolução recente. Mas as áreas associativas do cérebro (por exemplo, o córtex pré-frontal) sofreram uma expansão significativa. Talvez essa expansão tenha afetado diretamente o surgimento de habilidades cognitivas complexas em humanos. Verificou-se que as áreas do cérebro que se expandiram rapidamente durante a evolução tinham conectividade estrutural e funcional mais fraca, enquanto as áreas sensoriais simples eram mais fortes.
Em crianças e adolescentes, a relação estrutural-funcional aumenta bastante ativamente nas áreas frontais do cérebro, responsáveis pela função de inibição (ou seja, autocontrole). Assim, o desenvolvimento a longo prazo da conectividade estrutural e funcional nessas áreas pode melhorar a função executiva e o autocontrole, cujo processo de desenvolvimento continua na idade adulta.
Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você analise o
relatório dos cientistas e
materiais adicionais .
Epílogo
O cérebro humano sempre foi e sempre será um dos maiores mistérios da humanidade. Este é um mecanismo incrivelmente complexo que deve executar muitas funções, controlar muitos processos e armazenar grandes quantidades de informações. Para muitos pais, não há nada mais misterioso do que o cérebro de seus filhos adolescentes. Às vezes, é difícil chamar seu comportamento de lógico ou construtivo, mas isso se deve ao processo de desenvolvimento biológico e formação social.
Evidentemente, mudanças nas relações estruturais e funcionais de certas regiões do cérebro e a influência de mudanças hormonais podem ser uma justificativa científica para o comportamento peculiar dos jovens, mas isso não significa que eles não precisem ser direcionados. O homem não é inerentemente um ser anti-social. Se alguém evita outras pessoas, certamente não por causa de nossa predisposição biológica. Portanto, a participação ativa dos pais na vida de seus filhos é um aspecto extremamente importante de seu desenvolvimento.
Também deve ser entendido que, mesmo com três anos de idade, a criança já é uma pessoa com seu próprio caráter, seus desejos e sua própria visão de mundo. Os pais não devem ficar invisíveis para o filho, deixando-o nadar livremente, mas não devem se transformar em um muro de concreto armado, protegendo-o do conhecimento do mundo. Em algum lugar é necessário empurrar, em algum lugar para segurar, em algum lugar para dar total liberdade, e em algum lugar, tendo demonstrado autoridade dos pais, para dizer um "não" firme, mesmo que a criança não esteja feliz com isso.
É difícil ser pai, é ainda mais difícil ser um pai bom. Mas ser adolescente também não é tão simples. O corpo muda externamente, o cérebro muda, o ambiente muda (havia uma escola e agora uma universidade), o ritmo da vida muda. Atualmente, a vida se assemelha frequentemente à Fórmula 1, na qual não há lugar para lentidão. Mas a alta velocidade está associada a um grande risco, porque um piloto inexperiente pode sofrer. A tarefa dos pais é tornar-se o treinador de seu filho, a fim de liberá-lo com calma no mundo no futuro, sem medo de seu futuro.
Alguns pais se consideram mais espertos do que outros, alguns estão prontos para implementar qualquer conselho ouvido na Internet ou de um vizinho e, para alguém, é apenas "violeta" para todos os detalhes da educação.
As pessoas são diferentes, mas, assim como é importante na comunicação do cérebro humano entre seus departamentos, na educação um dos papéis mais importantes é a comunicação entre pais e filhos.Obrigado pela atenção, fique curioso e tenha um ótimo final de semana a todos, pessoal! :)
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