náš mozek pracuje prostřednictvím aktivity svých téměř 100 miliard neuronů, které každý shromažďuje, zpracovává a předává informace ve formě elektrických signálů. Zatím však nebylo známo mnoho o tom, jak rozdíly ve vlastnostech těchto buněk od člověka k člověku záleží na lidských kognitivních schopnostech, jako je inteligence.
některé důkazy naznačují, že velikost takzvaných dendritů, dlouhých rozvětvených výstupků, kterými každý neuron přijímá signály z tisíců dalších buněk, může hrát roli: zejména v oblastech mozku, které integrují různé typy informací, jako jsou čelní a temporální laloky, mají mozkové buňky větší dendrity. V těchto oblastech mozku je kůra, kde je většina neuronů, také silnější u lidí s vyšším IQ. Teoretické studie navíc předpovídaly, že větší dendrity mohou buňkám pomoci rychleji iniciovat elektrické signály.
ale kvůli velmi obtížnému přístupu k lidským živým neuronům byla dosud otevřenou otázkou, zda lze prokázat, že některá z těchto buněčných vlastností skutečně souvisí s lidskou inteligencí.
spolupráce základních neurovědců na Svobodné univerzitě v Amsterdamu s neurochirurgy a klinickými psychology v Amsterdam University Medical Center nyní umožnila zjistit, zda jsou chytřejší mozky skutečně lépe vybaveny rychlejšími a většími buňkami. „Studie je první, která zaujala perspektivu jedné buňky a propojila buněčné vlastnosti s lidskou inteligencí,“ vysvětluje vedoucí autor Prof. Huib Mansvelder, odborník na buněčnou neurovědu, který pracuje v rámci projektu Human Brain.
nizozemský tým studoval 46 lidí, kteří potřebovali operaci mozkových nádorů nebo epilepsie. Každý pacient podstoupil IQ test před operací, jako součást předchirurgického vyšetření. Pro přístup k nemocné části hluboko v mozku musí chirurgové obvykle odstranit malé nepoškozené vzorky temporálního laloku. Tyto vzorky stále obsahovaly živé buňky, které vědci studovali. V laboratoři byla měřena jak velikost, tak dendritická složitost buněk, stejně jako jejich elektrické signály – tzv.
shrnutí přístupu: vědec byl schopen shromáždit vícerozměrný soubor dat bohatý na informace od lidských subjektů, včetně fyziologie jednotlivých buněk, morfologie neuronů, MRI a skóre IQ testů. Oblast mozku zvýrazněná modře označuje umístění měření kortikální tloušťky, černý čtverec označuje typický původ resekované kortikální tkáně
zjistili, že buňky od lidí s vyšším IQ mají delší, složitější dendrity a rychlejší akční potenciály, zejména při zvýšené aktivitě. Pomocí výpočetního modelování by také mohli ukázat, že neurony s většími dendrity a rychlejšími akčními potenciály mohou zpracovat více informací přicházejících a mohou předat podrobnější informace dalším neuronům.
„tradičně se výzkum lidské inteligence zaměřuje na tři hlavní strategie: studie zobrazování mozku struktury a funkce mozku, genetické studie k nalezení genů spojených s inteligencí a behaviorální psychologie“, vysvětluje Huib Mansvelder behaviorální psychologické studie ukázaly, že vyšší skóre IQ je spojeno s rychlejšími reakčními dobami subjektů. Nová zjištění poskytují buněčné vysvětlení této asociace a propojují zjištění ze samostatných přístupů, vysvětlující, jak identifikované geny pro inteligenci mohou vést ke zvýšení kortikální tloušťky, větší neurony a rychlejší reakční doby u lidí s vyšším IQ.
studie tak spojuje úrovně organizace v lidském mozku od funkce buněk k obvodům k chování. „To je jeden z hlavních cílů, abychom spolupracovali se všemi těmito partnery z jiných oborů neurovědy v projektu Human Brain, abychom propojili různé úrovně znalostí o mozku,“ říká vědec. Následné studie jsou již plánovány. „Vzhledem k tomu, že IQ číslo je souhrnným výsledkem široké škály testů, máme nyní příležitost kopat do dat a blíže se podívat na to, které dovednosti jsou zejména korelovány nejvíce s těmito buněčnými rysy.“
rychlejší akční potenciály a větší dendrity pro příjem a zpracování více synaptických informací se mohou zdát jako malý rozdíl mezi neurony. Protože se však náš mozek skládá z téměř 100 miliard neuronů, tento efekt se rychle množí a má velký vliv na výpočetní potenciál mozku jako celku: „je to malý krok na úrovni jediného neuronu, obrovský skok pro výpočetní sílu mozku“, říká Mansvelder.
publikace v eLife:
velké a rychlé lidské pyramidální neurony se spojují s inteligencí
autoři: Natalia a. Goriounová, Djai B. Heyer, René Wilbers, Matthijs B. Verhoog, Michele Giugliano, Christophe Verbist, Joshua Obermayer, Amber Kerkhofs, Harriët Smeding, Maaike Verberne, Sander Idema, Johannes C.Baayen, Anton W. Pieneman, Christiaan P. J. de Kock, Martin Klein, Huibert D. Mansvelder.
https://elifesciences.org/articles/41714 , diváci: 10.7554 / eLife.41714
kontakt:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
Prof. Huib Mansvelder vede katedru integrační neurofyziologie na Svobodné univerzitě v Amsterdamu. Jeho výzkumný tým vede v oblastech, jako je modelování jednotlivých buněk a měření živých lidských neuronů. V HBP přispívá do výzkumné oblasti organizace lidského mozku, která studuje složitost mozku od úrovně genové exprese a molekul až po jevy na vysoké úrovni poznání.
Viz také:
Říjen. 9, 2018
acetylcholin rychle mění laterální inhibici v kortikálních obvodech
v nedávné publikaci v Nature Communications tým Huib Mansvelder odhalil rychlé účinky neuromodulátoru acetylcholinu na lidské a myší kortikální neuronální sítě. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/