مغز انسان در مدارهایی تنظیم می شود که از کودکی تا بزرگسالی برای پشتیبانی از عملکرد اجرایی شکل می گیرد – رفتارهای حساس مانند خودکنترلی، تصمیم گیری و تفکر پیچیده. این مدارها توسط مسیرهای ماده سفید که هماهنگ کننده فعالیت لازم مغز برای شناخت است با یکدیگر اتصال برقرار میکنند. با این حال، تحقیقات کمی برای توضیح چگونگی رشد ماده سفید جهت حمایت از فعالیتهایی که امکان بهبود عملکرد اجرایی در دوران نوجوانی را فراهم می کند – دوره ای از رشد سریع مغز – وجود دارد.
محققان موسسه مغز Lifespan دانشکده پزشکی Perelman در دانشگاه پنسیلوانیا و بیمارستان کودکان فیلادلفیا، از ابزارهایی استفاده کردند تا مشخص کنند که چگونه اتصالات آناتومیکی در مغز برای حمایت از فعالیت عصبی مناطق مهم ایجاد می شود. این یافته ها در مجموعه مقالات the Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد.
“با ترسیم پیشرفت مغز در کودکی و نوجوانی، می توانیم بهتر درک کنیم که چگونه مغز عملکرد اجرایی و کنترل خود را در کودکان سالم و هم چنین افرادی که دارای تجربه های مختلف بهداشت روانشناختی هستند، ایجاد میکند.”
“از آنجا که ناهنجاری ها در ایجاد اتصال مغز و نقص در عملکرد اجرایی، اغلب با ظهور بیماری های روانشناختی در دوران جوانی مرتبط است، یافته های ما ممکن است به شناسایی نشانگرهای رشد مغز کمک کند که نتایج شناختی و بالینی را در زندگی بعدی پیش بینی می کنند.”
در این مطالعه، محققان جفت شدن ساختار-عملکرد را ترسیم کرده اند – درجه ای که الگوی ارتباطات آناتومیکی مناطق مغز از فعالیت عصبی هماهنگ پشتیبانی می کند. این را می توان مانند بزرگراه تصور کرد، جایی که اتصالات آناتومیکی جاده است و اتصالات عملکردی ترافیکی است که در طول آن جاده ها جریان دارد.
محققان داده های تصویربرداری عصبی چند حالته از 727 شرکت کننده در سنین 8 تا 23 سال را نقشه برداری و تجزیه و تحلیل کردند و سه یافته مهم پدیدار شد.
اول، این تیم دریافتند که تغییرات منطقه ای در جفت شدن ساختار-عملکرد به طور معکوس با پیچیدگی عملکردی که منطقه مشخصی از مغز بر عهده دارد مرتبط است. جفت شدن ساختار-عملکرد در بخش هایی از مغز که برای پردازش اطلاعات حسی ساده مانند سیستم تصویری تخصص دارند، بیشتر است. در مقابل، در بخش های پیچیده ای از مغز که دارای عملکرد اجرایی و کنترل خود هستند، جفت شدن اتصال با عملکرد کمتری وجود دارد که به پردازش انتزاعی و انعطاف پذیری بیشتری نیاز دارند.
نتایج نشان داد که جفت شدن ساختار-عملکرد همچنین با الگوهای شناخته شده از گسترش مغز در طول تکامل اولیه مطابقت دارد.
کار قبلی با مقایسه مغز انسان و میمون نشان داده است که مناطق حسی مانند سیستم بینایی در بین گونه های بدوی بسیار محافظت می شوند و در طول تکامل اخیر گسترش زیادی پیدا نکرده اند.
در مقابل، نواحی ارتباطی مغز، مانند قشر جلوی مغز طی دوره تکامل بدوی بطور چشمگیری گسترش یافته است. این گسترش ممکن است ظهور تواناییهای منحصر به فرد شناختی انسانی را امکان پذیر کرده است.
این تیم دریافتند که نواحی مغزی که به سرعت در طی تکامل گسترش می یابند، از جفت شدن عملکرد-ساختار پایین تری برخوردار هستند، در حالی که مناطق حسی ساده که در تکامل اخیر حفظ شده اند، از همبستگی ساختار-عملکرد بالاتری برخوردار بودند.
محققان همچنین دریافتند که جفت شدن اتصال-ساختار در کل دوران کودکی و بزرگسالی در مناطق پیچیده مغزی فرونتال افزایش یافته است. این مناطق همان مناطقی هستند که تمایل به اتصال ساختاری اولیه با عملکرد پایه پایین تری دارند.
توسعه طولانی مدت جفت شدن ساختار-عملکرد در این مناطق ممکن است باعث بهبود عملکرد اجرایی و کنترل خود شود که در بزرگسالی گسترش می یابد. در حقیقت، این تیم دریافتند که جفت شدن بالاتر عملکرد-ساختار در قشر جلوی پری فرونتال مغزی – یک ناحیه پیچیده مغز که نقش مهمی در خود کنترلی دارد – با عملکرد اجرایی بهتری همراه است.
گراهام باوم، نویسنده اصلی توضیح داد: “این نتایج نشان می دهد که عملکردهای اجرایی مانند کنترل تکانه – که می تواند برای کودکان و نوجوانان به ویژه چالش برانگیز باشد – تا حدی به توسعه طولانی مدت اتصال ساختار-عملکرد در مناطق پیچیده مغزی مانند قشر جلوی مغز متکی هستند.”
“این پیامدهای مهمی برای درک چگونگی تبدیل مدارهای مغزی در حین توسعه برای پشتیبانی از رفتار هدفمند و انعطاف پذیر مناسب دارد.”
برای اطلاعات بییشتر به موسسه سلامت مغز دانا مراجعه کنید.
منبع:
Development of structure–function coupling in human brain networks during youth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019
درباره نویسنده
دکتر علی محمد کمالی فارغ التحصیل دکترای تخصصی علوم اعصاب از دانشگاه علوم پزشکی شیراز، بیش از 15 سال است که در زمینه پژوهش، تدریس و فعالیت های اجرایی در حوزه علوم اعصاب فعالیت و تجربه دارد. وی همچنین در ارتقا عملکرد های شناختی با استفاده از نوروتکنولوژی و مطالعات خواب تخصص ویژه ای دارد. او یکی از بنیانگذاران انستیتو سلامت مغز دانا است، (گروهی که سلامت مغز را اولویت جامعه می داند).