aivomme toimivat sen lähes 100 miljardin neuronin toiminnan kautta, jotka kukin keräävät, käsittelevät ja välittävät tietoa sähköisten signaalien muodossa. Mutta tähän mennessä ei ollut tiedetty paljon siitä, miten näiden solujen ominaisuuksien erot ihmisestä toiseen vaikuttavat ihmisen kognitiivisiin kykyihin, kuten älykkyyteen.
jotkut todisteet viittasivat siihen, että niin sanottujen dendriittien koolla, pitkillä haarautuneilla ulokkeilla, joiden kautta kukin hermosolu vastaanottaa signaaleja tuhansista muista soluista, voisi olla merkitystä: erityisesti aivoalueilla, jotka yhdistävät erityyppistä informaatiota, kuten otsalohkoissa ja ohimolohkoissa, aivosoluissa on suurempia dendriittejä. Näillä aivojen alueilla aivokuori, jossa suurin osa neuroneista on, on myös paksumpi ihmisillä, joilla on korkeampi älykkyysosamäärä. Teoreettiset tutkimukset ennustivat lisäksi, että suuremmat dendriitit voivat auttaa soluja käynnistämään sähkösignaaleja nopeammin.
mutta koska pääsy ihmisen eläviin neuroneihin on hyvin vaikeaa, tähän asti oli avoin kysymys, voitaisiinko minkään näistä soluominaisuuksista todistaa todella liittyvän ihmisen älykkyyteen.
Amsterdamin vapaan yliopiston neurotieteilijöiden ja Amsterdamin yliopiston lääketieteellisen keskuksen neurokirurgien ja kliinisten psykologien yhteistyö mahdollisti nyt sen, ovatko älykkäämmät aivot todellakin paremmin varustettu nopeammilla ja suuremmilla soluilla. ”Tutkimus on ensimmäinen, jossa otetaan yksisoluinen näkökulma ja linkitetään solujen ominaisuudet ihmisen älykkyyteen”, selittää vanhempi kirjoittaja Prof. Huib Mansvelder, Solutieteen asiantuntija, joka työskentelee Human Brain Projectissa.
hollantilaisryhmä tutki 46 ihmistä, jotka tarvitsivat leikkausta aivokasvainten tai epilepsian vuoksi. Jokainen potilas teki älykkyystestin ennen leikkausta osana esikirurgista arviointia. Päästäkseen syvälle aivojen sairaaseen osaan kirurgien on yleensä poistettava pieniä ehjiä näytteitä ohimolohkosta. Näissä näytteissä oli yhä eläviä soluja, joita tutkijat tutkivat. Sekä solujen koko ja dendriittinen monimutkaisuus sekä niiden sähköiset signaalit – niin kutsutut toimintapotentiaalit – mitattiin laboratoriossa ja verrattiin ÄLYKKYYSOSAMÄÄRIIN.
tiivistelmä lähestymistavasta: tutkija pystyi keräämään ihmiskoehenkilöiltä informaatiorikkaan moniulotteisen tietokokonaisuuden, johon kuuluivat yksisolufysiologia, neuronaalinen morfologia, magneettikuvaus ja älykkyystestien pisteet. Sinisellä korostettu aivojen alue osoittaa aivokuoren paksuusmittausten sijainnin, musta neliö osoittaa resektoituneen aivokudoksen tyypillisen alkuperän
he havaitsivat, että korkeamman älykkyysosamäärän omaavien soluilla on pidempiä, monimutkaisempia dendriittejä ja nopeampia toimintamahdollisuuksia erityisesti lisääntyneen aktiivisuuden aikana. Laskennallisen mallinnuksen avulla ne voisivat myös osoittaa, että neuronit, joilla on suuremmat dendriitit ja nopeammat toimintapotentiaalit, voivat käsitellä enemmän informaatiota ja välittää tarkempaa tietoa muille neuroneille.
”perinteisesti ihmisen älykkyyden tutkimus keskittyy kolmeen päästrategiaan: aivojen kuvantamistutkimukset aivojen rakenteesta ja toiminnasta, geneettiset tutkimukset älykkyyteen liittyvien geenien löytämiseksi ja käyttäytymispsykologia”, selittää Huib Mansvelder Käyttäytymispsykologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että korkeammat ÄLYKKYYSOSAMÄÄRÄT ovat yhteydessä koehenkilöiden nopeampiin reaktioaikoihin. Uudet löydökset tarjoavat soluselityksen tälle assosiaatiolle ja yhdistävät havainnot erillisistä lähestymistavoista selittäen, miten tunnistetut älykkyysgeenit voivat johtaa aivokuoren paksuuden lisääntymiseen, suurempiin neuroneihin sekä nopeampiin reaktioaikoihin ihmisillä, joilla on korkeampi älykkyysosamäärä.
näin tutkimus yhdistää ihmisaivojen organisaatiotasot solujen toiminnasta piireihin ja käyttäytymiseen. ”Tämä on yksi tärkeimmistä tavoitteista meille työskennellä yhdessä kaikkien näiden kumppaneiden muiden tieteenalojen neurotieteen Human Brain Project, yhdistää eri tasoilla tietoa aivoista”, tutkija sanoo. Seurantatutkimuksia on jo suunnitteilla. ”Koska älykkyysosamäärä on tiivistetty tulos monista eri testeistä, meillä on nyt mahdollisuus kaivaa tietoa ja katsoa tarkemmin, mitkä taidot korreloivat eniten näihin solun ominaisuuksiin.”
nopeammat toimintapotentiaalit ja suuremmat dendriitit synaptisemman informaation vastaanottamiseksi ja käsittelemiseksi voivat tuntua pieneltä erolta neuronien välillä. Koska aivomme kuitenkin koostuvat lähes 100 miljardista neuronista, tämä vaikutus moninkertaistuu nopeasti suureksi vaikutukseksi koko aivojen laskennalliseen potentiaaliin: ”se on pieni askel yksittäisen hermosolun tasolla, valtava harppaus aivojen laskentateholle”, sanoo Mansvelder.
julkaisu eLife-lehdessä:
suuret ja nopeat ihmisen pyramidimaiset neuronit liittyvät älykkyyteen
tekijät: 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
kontakti:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
professori Huib Mansvelder johtaa Amsterdamin vapaan yliopiston integratiivisen neurofysiologian laitosta. Hänen tutkimusryhmänsä johtaa muun muassa yksisolumallinnusta ja elävien ihmisen neuronien mittauksia. HBP: ssä hän osallistuu ihmisaivojen organisaation tutkimusalueeseen, joka tutkii aivojen monimutkaisuutta geenien ilmentymisen ja molekyylien tasosta kognition korkean tason ilmiöihin.
Katso myös:
loka. 9, 2018
Asetyylikoliini muuttaa nopeasti aivokuoren lateraalista inhibitiota
Nature Communications-lehdessä julkaistussa tuoreessa julkaisussa Huib Mansvelderin ryhmä paljasti neuromodulaattori asetyylikoliinin nopean vaikutuksen ihmisen ja hiiren aivokuoren hermoverkoissa. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/