Исследования выявляют изменения в нервных цепях, лежащие в основе самоконтроля в подростковом возрасте

Человеческий мозг организован в цепи, которые развиваются с детства до взрослой жизни для поддержки исполнительной функции — критических форм поведения, таких как самоконтроль, принятие решений и сложное мышление. Эти контуры закреплены путями белого вещества, которые координируют деятельность мозга, необходимую для познания. Тем не менее, мало исследований, чтобы объяснить, как белое вещество созревает для поддержки деятельности, которая позволяет улучшить исполнительную функцию в подростковом возрасте — период быстрого развития мозга.

Исследователи из Института мозга продолжительности жизни Медицинской школы им. Перельмана при Пенсильванском университете и Детской больницы Филадельфии применили инструменты сетевой науки, чтобы определить, как развиваются анатомические связи в мозге для поддержки нервной деятельности, лежащей в основе этих ключевых областей. Полученные результаты были опубликованы в трудах Национальной академии наук .

«Составляя график развития мозга в детском и подростковом возрасте, мы можем лучше понять, как мозг поддерживает исполнительные функции и самоконтроль как у здоровых детей, так и у детей с разным психическим здоровьем», — сказал старший автор исследования Теодор Саттертвейт, доктор медицинских наук, доцент психиатрии в Пенне. «Поскольку аномалии в развитии соединяемости мозга и дефицит исполнительной функции часто связаны с появлением психического заболевания в молодости, наши результаты могут помочь выявить биомаркеры развития мозга, которые предсказывают когнитивные и клинические результаты в более позднем возрасте».

В этом исследовании исследователи сопоставили структурно-функциональную связь — степень, в которой паттерн анатомических связей в области мозга поддерживает синхронизированную нейронную активность. Это можно представить как шоссе, где анатомические связи — это дорога, а функциональные связи — это движение, протекающее по этим дорогам. Исследователи нанесли на карту и проанализировали мультимодальные данные нейровизуализации от 727 участников в возрасте от 8 до 23 лет, и появились три основных результата.

Во-первых, команда обнаружила, что региональная изменчивость в соединении структура-функция была обратно пропорциональна сложности функции, за которую отвечает конкретная область мозга. Более высокая структурно-функциональная связь была обнаружена в частях мозга, которые специализируются на обработке простой сенсорной информации, такой как зрительная система. Напротив, в сложных частях мозга, которые отвечают за исполнительную функцию и самоконтроль, было более низкое структурно-функциональное взаимодействие, что требует более абстрактной и гибкой обработки.

Результаты показали, что структурно-функциональная связь также согласуется с известными закономерностями расширения мозга в ходе эволюции приматов. Предыдущая работа, сравнивающая мозг человека, обезьяны и обезьяны, показала, что сенсорные области, такие как зрительная система, очень консервативны среди видов приматов и не сильно расширились во время недавней эволюции. Напротив, области ассоциации мозга, такие как префронтальная кора, значительно расширились в ходе эволюции приматов. Это расширение, возможно, привело к появлению уникально сложных человеческих когнитивных способностей. Команда обнаружила, что области мозга, которые быстро расширялись во время эволюции, имели более низкую связь между структурой и функцией, в то время как простые сенсорные области, которые были сохранены в недавней эволюции, имели более высокую связь между структурой и функцией.

Исследователи также обнаружили, что структурно-функциональная связь возрастала в детском и подростковом возрасте в сложных лобных областях мозга. Это те же самые регионы, которые, как правило, имеют более низкую базовую структурно-функциональную связь, расширены по сравнению с обезьянами и отвечают за самоконтроль. Длительное развитие структурно-функционального взаимодействия в этих регионах может позволить улучшить исполнительную функцию и самоконтроль, который развивается во взрослую жизнь. Действительно, команда обнаружила, что более высокая связь между структурой и функцией в латеральной префронтальной коре — сложной области мозга, которая играет важную роль в самоконтроле — была связана с улучшением исполнительной функции.

«Эти результаты свидетельствуют о том, что исполнительные функции, такие как импульсное управление — что может быть особенно сложным для детей и подростков — частично зависят от длительного развития структурно-функционального взаимодействия в сложных областях мозга, таких как префронтальная кора», — объяснил ведущий автор Грэм Баум Доктор философии, доктор наук, сотрудник Гарвардского университета, который был аспирантом-неврологом Пенна во время исследования. «Это имеет важное значение для понимания того, как мозговые цепи становятся специализированными в процессе разработки для поддержки гибкого и соответствующего целенаправленного поведения».

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Медицинским факультетом Пенсильванского университета . Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Грэм Л. Баум, Зайсу Цуй, Дэвид Р. Ролф, Растко Сирич, Ричард Ф. Бецел, Барт Ларсен, Мэтью Чизлак, Филипп А. Кук, Седрик Х. Ся, Тайлер М. Мур, Коша Рупарел, Десмонд Дж. Оутес, Аарон Ф., Александр-Блох, Рассел Т. Шинохара, Армин Разнахан, Ракель Э. Гур, Рубен С. Гур, Даниэль С. Бассетт, Теодор Д. Саттервейт. Развитие структурно-функциональных связей в мозговых сетях человека в молодости . Известия Национальной академии наук , 2019; 201912034 DOI: 10.1073 / pnas.1912034117