Nuestro cerebro funciona a través de la actividad de sus casi 100 mil millones de neuronas, cada una de las cuales recopila, procesa y transmite información en forma de señales eléctricas. Pero hasta ahora, no se sabía mucho sobre cómo las diferencias en las propiedades de estas células de persona a persona importan para las habilidades cognitivas humanas como la inteligencia.
Cierta evidencia sugiere que el tamaño de las llamadas dendritas, las protuberancias largas ramificadas a través de las cuales cada neurona recibe señales de miles de otras células, podría desempeñar un papel: Especialmente en las áreas cerebrales que integran diferentes tipos de información, como los lóbulos frontal y temporal, las células cerebrales tienen dendritas más grandes. En estas áreas del cerebro, la corteza, donde se encuentran la mayoría de las neuronas, también es más gruesa en personas con un coeficiente intelectual más alto. Los estudios teóricos predijeron además que las dendritas más grandes podrían ayudar a las células a iniciar señales eléctricas más rápido.
Pero debido al muy difícil acceso a las neuronas vivas humanas, hasta ahora era una pregunta abierta si se podía probar que alguna de estas propiedades celulares se relacionaba realmente con la inteligencia humana.
Una colaboración de neurocientíficos básicos en la Universidad Libre de Ámsterdam con neurocirujanos y psicólogos clínicos en el Centro Médico de la Universidad de Ámsterdam ahora hizo posible averiguar si los cerebros más inteligentes están mejor equipados con células más rápidas y más grandes. «El estudio es el primero en tomar la perspectiva de una sola célula y vincular las propiedades celulares con la inteligencia humana», explica el autor principal, el profesor Huib Mansvelder, experto en neurociencia celular que trabaja en el Proyecto Cerebro Humano.
El equipo holandés estudió a 46 personas que necesitaban cirugía por tumores cerebrales o epilepsia. Cada paciente se sometió a una prueba de coeficiente intelectual antes de la operación, como parte de una evaluación previa a la cirugía. Para acceder a la parte enferma profunda del cerebro, los cirujanos comúnmente tienen que extraer pequeñas muestras intactas del lóbulo temporal. Estas muestras aún contenían células vivas que los científicos estudiaron. Tanto el tamaño como la complejidad dendrítica de las células, así como sus señales eléctricas, los llamados potenciales de acción, se midieron en el laboratorio y se compararon con los puntajes de CI.
Resumen del enfoque: El científico pudo recopilar un conjunto de datos multidimensionales ricos en información de sujetos humanos, incluida la fisiología unicelular, la morfología neuronal, la resonancia magnética y los resultados de las pruebas de coeficiente intelectual. El área del cerebro resaltada en azul indica la ubicación de las mediciones de espesor cortical, El cuadrado negro indica el origen típico del tejido cortical resecado
Encontraron que las células de personas con un coeficiente intelectual más alto tienen dendritas más largas y complejas y potenciales de acción más rápidos, especialmente durante el aumento de la actividad. Con el modelado computacional, también podrían mostrar que las neuronas con dendritas más grandes y potenciales de acción más rápidos pueden procesar más información y pasar información más detallada a otras neuronas.
«Tradicionalmente, la investigación sobre la inteligencia humana se centra en tres estrategias principales: estudios de imágenes cerebrales de la estructura y función del cerebro, estudios genéticos para encontrar genes asociados con la inteligencia y psicología del comportamiento», explica Huib Mansvelder Los estudios psicológicos del comportamiento han demostrado que los puntajes de CI más altos se asocian con tiempos de reacción más rápidos de los sujetos. Los nuevos hallazgos proporcionan una explicación celular para esta asociación y vinculan los hallazgos de los enfoques separados, explicando cómo los genes identificados para la inteligencia pueden conducir a un mayor grosor cortical, neuronas más grandes y tiempos de reacción más rápidos en personas con un coeficiente intelectual más alto.
De este modo, el estudio conecta los niveles de organización en el cerebro humano desde la función de las células hasta los circuitos y el comportamiento. «Ese es uno de los principales objetivos para nosotros, que trabajamos junto con todos estos socios de otras disciplinas de la neurociencia en el Proyecto Cerebro Humano, para vincular los diferentes niveles de conocimiento sobre el cerebro», dice el científico. Ya se han previsto estudios de seguimiento. «Como el número de coeficiente intelectual es el resultado resumido de una amplia gama de pruebas, ahora tenemos la oportunidad de profundizar en los datos y observar más de cerca qué habilidades en particular se correlacionan más con estas características de la célula.»
Potenciales de acción más rápidos y dendritas más grandes para recibir y procesar más información sináptica pueden parecer una pequeña diferencia entre neuronas. Sin embargo, dado que nuestro cerebro se compone de cerca de 100 mil millones de neuronas, este efecto se multiplica rápidamente a un gran efecto en el potencial computacional del cerebro en su conjunto: «Es un pequeño paso al nivel de una sola neurona, un salto gigante para el poder computacional del cerebro», dice Mansvelder.
Publicación en eLife:
Las neuronas piramidales humanas grandes y rápidas se asocian con la inteligencia
Autores: Natalia A. Goriounova, 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 , Doi: 10.7554 / eLife.41714
Contacto:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
Prof. Huib Mansvelder dirige el Departamento de Neurofisiología Integrativa en la Universidad Libre de Amsterdam. Su equipo de investigación es líder en áreas como el modelado de una sola célula y las mediciones en neuronas humanas vivas. En la HBP contribuye al área de investigación de Organización del Cerebro Humano, que estudia la complejidad del cerebro desde el nivel de expresión génica y moléculas hasta los fenómenos de alto nivel de la cognición.
Véase también:
OCT. 9, 2018
La acetilcolina altera rápidamente la inhibición lateral en los circuitos corticales
En una publicación reciente en Nature Communications, el equipo de Huib Mansvelder reveló los efectos rápidos de la acetilcolina neuromoduladora en las redes neuronales corticales humanas y de ratón. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/