An early life full of neglect, deprivation and adversity leads to people growing up with smaller brains, a study suggests.
The researchers at King’s College London were following adopted children who spent time in “hellhole” Romanian orphanages.
They grew up with brains 8.6% smaller than other adoptees.
The researchers said it was the “most compelling” evidence of the impact on the adult brain.
The appalling care at the orphanages came to light after the fall of Romania’s communist dictator Nicolae Ceausescu in 1989.
“I remember TV pictures of those institutions, they were shocking,” Prof Edmund Sonuga-Barke, who now leads the study following those children, told the BBC.
He described the institutions as “hellholes” where children were “chained into their cots, rocking, filthy and emaciated”.
The children were physically and psychologically deprived with little social contact, no toys and often ravaged by disease.
The children studied had spent between two weeks and nearly four years in such institutions.
Previous studies on children who were later adopted by loving families in the UK showed they were still experiencing mental health problems in adulthood.
Higher levels of traits including autism, attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) and a lack of fear of strangers (disinhibited social engagement disorder) have all been documented.
There were 67 Romanian adoptees in the study and their brains were compared to 21 adoptees who did not suffer early life deprivation.
“What we found is really quite striking,” Prof Sonuga-Barke told the BBC.
First the total brain volume – the size of the brain – was 8.6% smaller in the Romanian adoptees on average.
And the longer they spent in the Romanian orphanages, the greater the reduction in brain size.
However, the impact on the brain was not uniform.
Prof Mitul Mehta, one of the researchers, said: “We found structural differences between the two groups in three regions of the brain.
“These regions are linked to functions such as organisation, motivation, integration of information and memory.”
The researchers say these findings could help explain lower IQ and higher rates of ADHD in these adults.
What the study cannot explain is what exactly about early life neglect and deprivation has this effect on the brain.
It means it is hard to work out the effect of other early life traumas such as abuse or being a refugee.
However, the study is clear that the impact on the developing brain goes far beyond just poor nutrition.
Prof Sonuga-Barke said: “This study is important because it highlights for the first time, in a compelling way, the power of the early environment and early adversity to shape brain development.
“It drives impairments over this long period of time – over 20 years – even when children have received top-notch care in loving adoptive families.” https://www.bbc.com/news/health-51010388
Una vida temprana llena de abandono, privaciones y adversidades hace que las personas crezcan con cerebros más pequeños, sugiere un estudio.
Los investigadores del King’s College London estaban siguiendo a niños adoptados que pasaban un tiempo en orfanatos rumanos “infiernos”.
Crecieron con cerebros un 8,6 % más pequeños que otros adoptados.
Los investigadores dijeron que era la evidencia “más convincente” del impacto en el cerebro adulto.
El espantoso cuidado en los orfanatos salió a la luz después de la caída del dictador comunista rumano Nicolae Ceausescu en 1989.
“Recuerdo las imágenes de televisión de esas instituciones, fueron impactantes”, dijo a la BBC el profesor Edmund Sonuga-Barke, quien ahora dirige el estudio que sigue a esos niños.
Describió las instituciones como “infiernos” donde los niños estaban “encadenados a sus catres, meciéndose, sucios y demacrados”.
Los niños estaban privados física y psicológicamente con poco contacto social, sin juguetes y, a menudo, devastados por enfermedades.
Los niños estudiados habían pasado entre dos semanas y casi cuatro años en dichas instituciones.
Estudios anteriores sobre niños que luego fueron adoptados por familias amorosas en el Reino Unido mostraron que todavía tenían problemas de salud mental en la edad adulta.
Se han documentado niveles más altos de rasgos que incluyen autismo, trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y falta de miedo a los extraños (trastorno de compromiso social desinhibido).
Hubo 67 adoptados rumanos en el estudio y sus cerebros se compararon con 21 adoptados que no sufrieron privaciones en la vida temprana.
“Lo que encontramos es realmente sorprendente”, dijo el profesor Sonuga-Barke a la BBC.
Primero, el volumen total del cerebro (el tamaño del cerebro) era un 8,6 % más pequeño en promedio en los adoptados rumanos.
Y cuanto más tiempo pasaban en los orfanatos rumanos, mayor era la reducción del tamaño del cerebro.
Sin embargo, el impacto en el cerebro no fue uniforme.
El profesor Mitul Mehta, uno de los investigadores, dijo: “Encontramos diferencias estructurales entre los dos grupos en tres regiones del cerebro.
“Estas regiones están vinculadas a funciones como la organización, la motivación, la integración de la información y la memoria”.
Los investigadores dicen que estos hallazgos podrían ayudar a explicar un coeficiente intelectual más bajo y tasas más altas de TDAH en estos adultos.
Lo que el estudio no puede explicar es exactamente qué tiene este efecto en el cerebro sobre el abandono y la privación en la vida temprana.
Significa que es difícil determinar el efecto de otros traumas de la vida temprana, como el abuso o ser un refugiado.
Sin embargo, el estudio deja claro que el impacto en el cerebro en desarrollo va mucho más allá de la mala nutrición.
El profesor Sonuga-Barke dijo: “Este estudio es importante porque destaca por primera vez, de manera convincente, el poder del entorno temprano y la adversidad temprana para dar forma al desarrollo del cerebro.
“Produce discapacidades durante este largo período de tiempo, más de 20 años, incluso cuando los niños han recibido atención de primer nivel en familias adoptivas amorosas”. https://www.bbc.com/news/health-51010388
The Human Brain Can Create Structures in Up to 11 Dimensions
SIGNE DEAN
21 APRIL 2018
Last year, neuroscientists used a classic branch of maths in a totally new way to peer into the structure of our brains.
What they discovered is that the brain is full of multi-dimensional geometrical structures operating in as many as 11 dimensions.
We’re used to thinking of the world from a 3-D perspective, so this may sound a bit tricky, but the results of this study could be the next major step in understanding the fabric of the human brain – the most complex structure we know of.
This brain model was produced by a team of researchers from the Blue Brain Project, a Swiss research initiative devoted to building a supercomputer-powered reconstruction of the human brain.
The team used algebraic topology, a branch of mathematics used to describe the properties of objects and spaces regardless of how they change shape.
They found that groups of neurons connect into ‘cliques’, and that the number of neurons in a clique would lead to its size as a high-dimensional geometric object (a mathematical dimensional concept, not a space-time one).
“We found a world that we had never imagined,” said lead researcher, neuroscientist Henry Markram from the EPFL institute in Switzerland.
“There are tens of millions of these objects even in a small speck of the brain, up through seven dimensions. In some networks, we even found structures with up to 11 dimensions.”
Just to be clear – this isn’t how you’d think of spatial dimensions (our Universe has three spatial dimensions plus one time dimension), instead it refers to how the researchers have looked at the neuron cliques to determine how connected they are.
“Networks are often analysed in terms of groups of nodes that are all-to-all connected, known as cliques. The number of neurons in a clique determines its size, or more formally, its dimension,” the researchers explained in the paper.
Human brains are estimated to have a staggering 86 billion neurons, with multiple connections from each cell webbing in every possible direction, forming the vast cellular network that somehow makes us capable of thought and consciousness.
With such a huge number of connections to work with, it’s no wonder we still don’t have a thorough understanding of how the brain’s neural network operates.
But the mathematical framework built by the team takes us one step closer to one day having a digital brain model.
To perform the mathematical tests, the team used a detailed model of the neocortex the Blue Brain Project team published back in 2015.
The neocortex is thought to be the most recently evolved part of our brains, and the one involved in some of our higher-order functions like cognition and sensory perception.
After developing their mathematical framework and testing it on some virtual stimuli, the team also confirmed their results on real brain tissue in rats.
According to the researchers, algebraic topology provides mathematical tools for discerning details of the neural network both in a close-up view at the level of individual neurons, and a grander scale of the brain structure as a whole.
By connecting these two levels, the researchers could discern high-dimensional geometric structures in the brain, formed by collections of tightly connected neurons (cliques) and the empty spaces (cavities) between them.
“We found a remarkably high number and variety of high-dimensional directed cliques and cavities, which had not been seen before in neural networks, either biological or artificial,” the team wrote in the study.
“Algebraic topology is like a telescope and microscope at the same time,” said one of the team, mathematician Kathryn Hess from EPFL.
“It can zoom into networks to find hidden structures, the trees in the forest, and see the empty spaces, the clearings, all at the same time.”
Those clearings or cavities seem to be critically important for brain function. When researchers gave their virtual brain tissue a stimulus, they saw that neurons were reacting to it in a highly organised manner.
“It is as if the brain reacts to a stimulus by building [and] then razing a tower of multi-dimensional blocks, starting with rods (1D), then planks (2D), then cubes (3D), and then more complex geometries with 4D, 5D, etc,” said one of the team, mathematician Ran Levi from Aberdeen University in Scotland.
“The progression of activity through the brain resembles a multi-dimensional sandcastle that materialises out of the sand and then disintegrates.”
These findings provide a tantalising new picture of how the brain processes information, but the researchers point out that it’s not yet clear what makes the cliques and cavities form in their highly specific ways.
And more work will be needed to determine how the complexity of these multi-dimensional geometric shapes formed by our neurons correlates with the complexity of various cognitive tasks.
El cerebro humano puede crear estructuras en hasta 11 dimensiones
SIGNO DECANO
21 ABRIL 2018
El año pasado, los neurocientíficos utilizaron una rama clásica de las matemáticas de una forma totalmente nueva para escudriñar la estructura de nuestro cerebro.
Lo que descubrieron es que el cerebro está lleno de estructuras geométricas multidimensionales que operan en hasta 11 dimensiones.
Estamos acostumbrados a pensar en el mundo desde una perspectiva tridimensional, por lo que esto puede sonar un poco complicado, pero los resultados de este estudio podrían ser el próximo gran paso para comprender la estructura del cerebro humano: la estructura más compleja que conocemos. saber de.
Este modelo de cerebro fue producido por un equipo de investigadores del Blue Brain Project, una iniciativa de investigación suiza dedicada a construir una reconstrucción del cerebro humano impulsada por una supercomputadora.
El equipo utilizó la topología algebraica, una rama de las matemáticas que se utiliza para describir las propiedades de objetos y espacios independientemente de cómo cambien de forma.
Descubrieron que los grupos de neuronas se conectan en ‘camarillas’, y que la cantidad de neuronas en una camarilla conduciría a su tamaño como un objeto geométrico de alta dimensión (un concepto dimensional matemático, no uno de espacio-tiempo).
“Encontramos un mundo que nunca habíamos imaginado”, dijo el investigador principal, el neurocientífico Henry Markram del instituto EPFL en Suiza.
“Hay decenas de millones de estos objetos incluso en una pequeña parte del cerebro, hasta siete dimensiones. En algunas redes, incluso encontramos estructuras con hasta 11 dimensiones”.
Para que quede claro, no es así como pensarías en las dimensiones espaciales (nuestro Universo tiene tres dimensiones espaciales más una dimensión temporal), sino que se refiere a cómo los investigadores han observado las camarillas de neuronas para determinar qué tan conectadas están.
“Las redes a menudo se analizan en términos de grupos de nodos que están conectados todos a todos, conocidos como camarillas. La cantidad de neuronas en una camarilla determina su tamaño, o más formalmente, su dimensión”, explicaron los investigadores en el documento.
Se estima que los cerebros humanos tienen la asombrosa cantidad de 86 mil millones de neuronas, con múltiples conexiones de cada red celular en todas las direcciones posibles, formando la vasta red celular que de alguna manera nos hace capaces de pensar y ser conscientes.
Con una cantidad tan grande de conexiones con las que trabajar, no es de extrañar que todavía no tengamos una comprensión profunda de cómo funciona la red neuronal del cerebro.
Pero el marco matemático construido por el equipo nos lleva un paso más cerca de tener algún día un modelo de cerebro digital.
Para realizar las pruebas matemáticas, el equipo utilizó un modelo detallado de la neocorteza que el equipo del Proyecto Blue Brain publicó en 2015.
Se cree que la neocorteza es la parte de nuestro cerebro que ha evolucionado más recientemente y la que está involucrada en algunas de nuestras funciones de orden superior, como la cognición y la percepción sensorial.
Después de desarrollar su marco matemático y probarlo en algunos estímulos virtuales, el equipo también confirmó sus resultados en tejido cerebral real en ratas.
Según los investigadores, la topología algebraica proporciona herramientas matemáticas para discernir los detalles de la red neuronal tanto en una vista de primer plano a nivel de neuronas individuales como en una escala mayor de la estructura del cerebro en su conjunto.
Al conectar estos dos niveles, los investigadores pudieron discernir estructuras geométricas de alta dimensión en el cerebro, formadas por colecciones de neuronas estrechamente conectadas (camarillas) y los espacios vacíos (cavidades) entre ellas.
“Encontramos una cantidad y una variedad notablemente altas de camarillas y cavidades dirigidas de alta dimensión, que no se habían visto antes en las redes neuronales, ya sean biológicas o artificiales”, escribió el equipo en el estudio.
“La topología algebraica es como un telescopio y un microscopio al mismo tiempo”, dijo uno de los miembros del equipo, la matemática Kathryn Hess de la EPFL.
“Puede hacer zoom en las redes para encontrar estructuras ocultas, los árboles en el bosque y ver los espacios vacíos, los claros, todo al mismo tiempo”.
Esos claros o cavidades parecen ser de importancia crítica para la función cerebral. Cuando los investigadores dieron un estímulo a su tejido cerebral virtual, vieron que las neuronas reaccionaban a él de una manera altamente organizada.
“Es como si el cerebro reaccionara a un estímulo construyendo [y] luego demoliendo una torre de bloques multidimensionales, comenzando con varillas (1D), luego tablones (2D), luego cubos (3D) y luego geometrías más complejas. con 4D, 5D, etc.”, dijo uno de los miembros del equipo, el matemático Ran Levi de la Universidad de Aberdeen en Escocia.
“La progresión de la actividad a través del cerebro se asemeja a un castillo de arena multidimensional que se materializa en la arena y luego se desintegra”.
Estos hallazgos brindan una nueva imagen tentadora de cómo el cerebro procesa la información, pero los investigadores señalan que aún no está claro qué es lo que hace que las camarillas y las cavidades se formen de formas altamente específicas.
Y se necesitará más trabajo para determinar cómo la complejidad de estas formas geométricas multidimensionales formadas por nuestras neuronas se correlaciona con la complejidad de varias tareas cognitivas.
Pero esto definitivamente no es lo último que escucharemos de i
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