vores hjerne arbejder gennem aktiviteten af sine næsten 100 milliarder neuroner, som hver indsamler, behandler og videregiver information i form af elektriske signaler. Men indtil videre havde der ikke været meget kendt om, hvordan forskellene i disse cellers egenskaber fra person til person betyder noget for menneskelige kognitive evner som intelligens.
nogle beviser havde antydet, at størrelsen af såkaldte dendritter, de lange forgrenede fremspring, gennem hvilke hver neuron modtager signaler fra tusinder af andre celler, kan spille en rolle: især i hjerneområder, der integrerer forskellige typer information, såsom frontale og temporale lapper, har hjerneceller større dendritter. I disse hjerneområder er hjernebarken, hvor de fleste neuroner er, også tykkere hos mennesker med højere ik. Teoretiske undersøgelser forudsagde desuden, at større dendritter kan hjælpe celler med at starte elektriske signaler hurtigere.
men på grund af den meget vanskelige adgang til menneskelige levende neuroner var det et åbent spørgsmål indtil nu, om nogen af disse cellulære egenskaber kunne bevises at faktisk vedrøre menneskelig intelligens.
et samarbejde mellem grundlæggende neurovidenskabere ved Free University Amsterdam med neurokirurger og kliniske psykologer ved Amsterdam University Medical Center gjorde det nu muligt at finde ud af, om smartere hjerner faktisk er bedre udstyret med hurtigere og større celler. “Undersøgelsen er den første, der tager enkeltcelleperspektivet og forbinder cellulære egenskaber med menneskelig intelligens”, forklarer seniorforfatter Prof. Huib Mansvelder, en ekspert for cellulær neurovidenskab, der arbejder inden for Human Brain Project.
det hollandske hold studerede 46 personer, der havde brug for operation for hjernetumorer eller epilepsi. Hver patient tog en ik-test før operationen som en del af en presurgery assessment. For at få adgang til den syge del dybt i hjernen er kirurger ofte nødt til at fjerne små ubeskadigede prøver af temporal lap. Disse prøver indeholdt stadig levende celler, som forskerne studerede. Både cellernes størrelse og dendritiske kompleksitet, såvel som deres elektriske signaler – såkaldte handlingspotentialer – blev målt i laboratoriet og sammenlignet med IK-score.
resume af tilgangen: forskeren var i stand til at indsamle et informationsrigt multidimensionelt datasæt fra mennesker, herunder enkeltcellefysiologi, neuronal morfologi, MR og ik testresultater. Den sorte firkant angiver den typiske Oprindelse af resekteret kortikalt væv
de fandt ud af, at celler fra mennesker med højere ik har længere, mere komplekse dendritter og hurtigere handlingspotentialer, især under øget aktivitet. Med beregningsmodellering kunne de også vise, at neuroner med større dendritter og hurtigere handlingspotentialer kan behandle mere information, der kommer ind og kan videregive mere detaljeret information til andre neuroner.
“traditionelt fokuserer forskning på menneskelig intelligens på tre hovedstrategier: hjerneafbildningsundersøgelser af hjernestruktur og funktion, genetiske undersøgelser for at finde gener forbundet med intelligens og adfærdspsykologi”, forklarer Huib Mansvelder adfærdsmæssige psykologiske undersøgelser har vist, at højere ik-score er forbundet med hurtigere reaktionstider hos forsøgspersoner. De nye fund giver en cellulær forklaring på denne tilknytning og forbinder fund fra de separate tilgange, forklarer, hvordan identificerede gener til intelligens kan føre til øget kortikaltykkelse, større neuroner såvel som hurtigere reaktionstider hos mennesker med højere ik.
derved forbinder undersøgelsen organisationsniveauer i den menneskelige hjerne fra funktion af celler til kredsløb til adfærd. “Det er et af de store mål for os at arbejde sammen med alle disse partnere fra andre discipliner inden for neurovidenskab i Human Brain Project for at forbinde de forskellige niveauer af viden om hjernen”, siger forskeren. Opfølgningsundersøgelser er allerede planlagt. “Da ik-nummeret er det opsummerede resultat af en lang række tests, har vi nu mulighed for at grave i dataene og se nærmere på, hvilke færdigheder der især er korreleret mest med disse cellefunktioner.”
hurtigere handlingspotentialer og større dendritter til at modtage og behandle mere synaptisk information kan virke som en lille forskel mellem neuroner. Men da vores hjerne består af tæt på 100 milliarder neuroner, multipliceres denne effekt hurtigt til en stor effekt på hjernens beregningspotentiale som helhed: “det er et lille skridt på niveau med en enkelt neuron, et kæmpe spring for hjernens beregningskraft”, siger Mansvelder.
publikation i eLife:
store og hurtige menneskelige pyramidale neuroner forbinder med intelligens
forfattere: Det er en af de mest almindelige årsager til, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl om, at der ikke er nogen tvivl.
https://elifesciences.org/articles/41714 , Doi: 10.7554 / eLife.41714
kontakt:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
Professor Huib Mansvelder leder Institut for Integrativ neurofysiologi ved Det Frie Universitet i Amsterdam. Hans forskerteam er førende inden for områder som enkeltcellemodellering og målinger på levende menneskelige neuroner. I HBP bidrager han til forskningsområdet for menneskelig Hjerneorganisation, der studerer hjernens kompleksitet fra niveauet af genekspression og molekyler op til kognitionsfænomener på højt niveau.
Se også:
okt. 9, 2018
acetylcholin ændrer hurtigt lateral hæmning i kortikale kredsløb
i en nylig publikation i Nature Communications afslørede Huib Mansvelders team hurtige effekter af neuromodulator acetylcholin på humane og mus kortikale neuronale netværk. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/