Итак, почему одни подростки рискуют больше, чем другие?
Биомедицинский инженер Университета Делавэра Кертис Джонсон и аспирантка Грейс Макилвейн думают, что у них может быть идея.
Та часть мозга, которая заставляет подростков рисковать, называется социально-эмоциональной системой.
Между тем, центр когнитивного контроля мозга – это то, что помогает предотвратить действие этих импульсов подростками.
В недавно опубликованной статье в NeuroImage Джонсон и Макилвейн предполагают, что эти два центра в мозге физически созревают с разной скоростью и что подростки с большими различиями в скорости развития между этими двумя областями мозга с большей вероятностью будут рисковать.
Кроме того, исследовательская группа предполагает, что именно фундаментальная структура мозга движет этими тенденциями к принятию риска и контролю.
Что делает это исследование уникальным, так это то, что исследователи UD и их сотрудники использовали метод, называемый магнитно-резонансной эластографией (MRE), для безопасного измерения механических свойств ткани мозга в качестве меры развития мозга, а не активации этих двух областей.
Эластография – это метод визуализации механических свойств тканей с помощью сканера магнитно-резонансной томографии (МРТ). Проще говоря, исследователи делают снимки того, как мозг деформируется или изгибается, когда он вибрирует на низких частотах, а затем пропускают эти изображения через специальный алгоритм, чтобы реконструировать происходящее.
Джонсон объяснил, что вибрация MRE безопасна для всех возрастов и обеспечивает меньше движений, чем естественно происходит в мозгу. Он также предлагает меньшую вибрацию, чем другие устройства, предназначенные для детей, такие как вибрирующие качалки.
Джонсон сравнил этот процесс с любыми другими испытаниями материалов и сказал, что знания исследовательской группы о том, как деформируются ткани, помогают им интерпретировать то, что происходит при различных вибрациях.
У взрослых методы MRE стали популярными для изучения заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, с исследованиями, показывающими взаимосвязь между памятью и когнитивными функциями.
«Методы MRE не заменяют другие аспекты изучения развития мозга, но они могут обеспечить более чувствительный и объективный способ взглянуть на проводку мозга», – сказал Джонсон, доцент кафедры биомедицинской инженерии.
Картирование развития мозга подростков
Это не первый раз, когда исследователи изучают, как две области мозга взаимодействуют, чтобы сформировать определенный результат. Но большая часть этой работы была сделана с использованием функциональной МРТ (фМРТ), когда участники исследования помещаются в сканер и получают задание в реальном времени, а исследователи наблюдают, какие области мозга загораются, чтобы определить, какие области мозга связаны. к этой задаче.
Исследовательская группа Джонсона была пионером в использовании методов MRE для создания трехмерных карт с высоким разрешением, которые позволяют ученым смотреть на определенные области мозга. Интенсивность каждого 3D-пикселя изображения имеет значение.
Например, яркие цвета указывают на высокую жесткость, что в данном случае указывает на степень зрелости развития.
Глядя на эти особенности мозга в своей работе, исследователи обнаружили, что это был не только центр социально-эмоционального или когнитивного контроля, но и комбинация двух центров мозга, работающих вместе в определенном возрасте или в определенный момент времени. решающий фактор в принятии риска.
«Итак, в подростковом возрасте есть период, когда часть мозга, которая заставляет вас рисковать, является более зрелой, чем часть мозга, которая подавляет эти импульсы», – сказал Макилвейн, который начал работать над проектом еще на студенчестве. исследователь в 2016 году и сейчас учится на третьем курсе докторантуры в области биомедицинской инженерии.
"Если мы сможем идентифицировать людей, которые с большей вероятностью пойдут на риск, основываясь на биологическом составе их мозга, или, возможно, группы людей, это может послужить основой для стратегий профилактики."
До этого проекта небольшое исследование MRE измеряло жесткость мозга у детей. Более ранняя работа Макилвейна в 2018 году показала, что внешняя часть мозга кажется более мягкой у подростков, чем у взрослых, тогда как внутренняя часть мозга кажется более жесткой у подростков, чем у взрослых. По словам Джонсона, это согласуется с известной траекторией развития, когда внутренняя часть мозга развивается первой, а внешняя, кора, развивается позже.
Работа выросла из предыдущего совместного исследования Джонсона с Евой Телцер, профессором психологии Университета Северной Каролины и соавтором статьи, и использует передовые возможности МРТ Центра биомедицины и визуализации мозга Университета штата Вашингтон.
Сегодня исследователи из лаборатории Джонсона разрабатывают все аспекты этого метода MRE, от того, как безопасно вибрировать головку в сканере, до того, как написать программное обеспечение для сбора данных, до методов преобразования данных в изображения, которые преобразуются в механические свойства.
Хотя предыдущая работа исследовательской группы показала различия в функции мозга у типично развивающихся детей и детей с такими заболеваниями, как церебральный паралич, исследователи впервые показали взаимосвязь с функцией у здоровых детей. Но вопросов по-прежнему больше, чем ответов.
Например, Джонсон сказал, что в настоящее время нет надежных способов сказать, когда мозг созрел, или даже как определить его здоровье. И хотя исследовательская группа установила связь между тем, как жесткость социоэмоциональной системы подросткового мозга и центр когнитивного контроля взаимосвязаны и поддерживают принятие риска, есть и другие вещи, которых они не знают, например, как на эти области мозга влияют такие факторы, как социально-экономические факторы. статус, ранняя травма или раннее образование.
Большое внимание уделяется ускорению сканирования MRE.
В настоящее время сканирование занимает более шести минут, что может быть затруднительно для детей с ограниченными возможностями или тех, кто очень маленький.
«Мы хотели бы завершить сканирование менее чем за минуту – меньше, чем половина песни из диснеевского фильма – прежде, чем ребенок потеряет интерес и не подумает о переезде», – сказал Джонсон.
Следующие шаги в исследовании включают сканирование детей в возрасте от 5 лет, в том числе с аутизмом. Есть надежда создать надежный набор данных для изучения того, как механические свойства мозга меняются с 5 до 30 лет, что обычно считается концом подросткового возраста.
Помимо прочего, они надеются использовать эти данные, чтобы лучше понять, как дети с ограниченными возможностями вписываются в эту кривую развития.
«В настоящее время нет стандартного способа диагностики аутизма, нет целевого плана лечения или показателей для измерения того, помогает ли вмешательство», – сказал Макилвейн, недавно получивший стипендию Национального института здравоохранения за изучение жесткости мозга у детей с аутизмом. «Если мы сможем понять, как влияют на механические свойства мозга человека с аутизмом, мы сможем ответить на некоторые из этих вопросов."