Notre cerveau fonctionne grâce à l’activité de ses près de 100 milliards de neurones qui collectent, traitent et transmettent chacun des informations sous forme de signaux électriques. Mais jusqu’à présent, on ne savait pas grand-chose de l’importance des différences dans les propriétés de ces cellules d’une personne à l’autre pour les capacités cognitives humaines comme l’intelligence.
Certaines données suggèrent que la taille des soi-disant dendrites, les longues protubérances ramifiées à travers lesquelles chaque neurone reçoit des signaux de milliers d’autres cellules, pourrait jouer un rôle: En particulier dans les zones cérébrales qui intègrent différents types d’informations, telles que les lobes frontal et temporal, les cellules cérébrales ont des dendrites plus grandes. Dans ces zones cérébrales, le cortex, où se trouvent la plupart des neurones, est également plus épais chez les personnes ayant un QI plus élevé. Des études théoriques ont en outre prédit que des dendrites plus grosses pourraient aider les cellules à initier des signaux électriques plus rapidement.
Mais en raison de l’accès très difficile aux neurones vivants humains, la question était ouverte jusqu’à présent de savoir si l’une de ces propriétés cellulaires pouvait être prouvée comme étant réellement liée à l’intelligence humaine.
Une collaboration de neuroscientifiques de base de l’Université libre d’Amsterdam avec des neurochirurgiens et des psychologues cliniciens du Centre médical de l’Université d’Amsterdam a maintenant permis de savoir si les cerveaux plus intelligents sont effectivement mieux équipés en cellules plus rapides et plus grandes. « L’étude est la première à prendre la perspective de la cellule unique et à lier les propriétés cellulaires à l’intelligence humaine », explique l’auteur principal, le professeur Huib Mansvelder, expert en neurosciences cellulaires qui travaille au sein du projet Human Brain.
L’équipe néerlandaise a étudié 46 personnes nécessitant une intervention chirurgicale pour des tumeurs cérébrales ou une épilepsie. Chaque patient a passé un test de QI avant l’opération, dans le cadre d’une évaluation pré-chirurgicale. Pour accéder à la partie malade au plus profond du cerveau, les chirurgiens doivent généralement retirer de petits échantillons de lobe temporal non endommagés. Ces échantillons contenaient encore des cellules vivantes que les scientifiques ont étudiées. La taille et la complexité dendritique des cellules, ainsi que leurs signaux électriques – appelés potentiels d’action – ont été mesurés en laboratoire et comparés aux scores de QI.
Résumé de l’approche: Le scientifique a pu collecter un ensemble de données multidimensionnelles riches en informations sur des sujets humains, y compris la physiologie unicellulaire, la morphologie neuronale, l’IRM et les résultats des tests de QI. La zone du cerveau surlignée en bleu indique l’emplacement des mesures d’épaisseur corticale, Le carré noir indique l’origine typique du tissu cortical réséqué
Ils ont constaté que les cellules de personnes ayant un QI plus élevé ont des dendrites plus longues et plus complexes et des potentiels d’action plus rapides, en particulier lors d’une activité accrue. Avec la modélisation informatique, ils pourraient également montrer que les neurones avec des dendrites plus grandes et des potentiels d’action plus rapides peuvent traiter plus d’informations entrant et transmettre des informations plus détaillées à d’autres neurones.
« Traditionnellement, la recherche sur l’intelligence humaine se concentre sur trois stratégies principales: les études d’imagerie cérébrale sur la structure et la fonction du cerveau, les études génétiques pour trouver des gènes associés à l’intelligence et la psychologie comportementale », explique Huib Mansvelder Des études psychologiques comportementales ont montré que des scores de QI plus élevés sont associés à des temps de réaction plus rapides des sujets. Les nouvelles découvertes fournissent une explication cellulaire de cette association et relient les résultats des approches distinctes, expliquant comment les gènes identifiés pour l’intelligence peuvent entraîner une épaisseur corticale accrue, des neurones plus gros ainsi que des temps de réaction plus rapides chez les personnes ayant un QI plus élevé.
Ainsi, l’étude relie les niveaux d’organisation dans le cerveau humain de la fonction des cellules aux circuits en passant par le comportement. « C’est l’un des objectifs majeurs pour nous de travailler avec tous ces partenaires d’autres disciplines des neurosciences dans le projet Human Brain, pour relier les différents niveaux de connaissances sur le cerveau », explique le scientifique. Des études de suivi sont déjà prévues. « Comme le nombre de QI est le résultat résumé d’un large éventail de tests, nous avons maintenant la possibilité d’approfondir les données et d’examiner de plus près quelles compétences en particulier sont les plus corrélées à ces caractéristiques cellulaires. »
Des potentiels d’action plus rapides et des dendrites plus grandes pour recevoir et traiter plus d’informations synaptiques peuvent sembler une petite différence entre les neurones. Cependant, comme notre cerveau est composé de près de 100 milliards de neurones, cet effet se multiplie rapidement pour avoir un effet important sur le potentiel de calcul du cerveau dans son ensemble: « C’est un petit pas au niveau d’un seul neurone, un pas de géant pour la puissance de calcul du cerveau », explique Mansvelder.
Publication dans eLife:
De grands neurones pyramidaux humains rapides associés à l’intelligence
Auteurs: 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
Contact:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
Le Professeur Huib Mansvelder dirige le Département de Neurophysiologie intégrative de l’Université Libre d’Amsterdam. Son équipe de recherche est leader dans des domaines tels que la modélisation unicellulaire et les mesures sur les neurones humains vivants. Dans le HBP, il contribue au domaine de recherche de l’organisation du cerveau humain, qui étudie la complexité du cerveau du niveau d’expression des gènes et des molécules jusqu’aux phénomènes cognitifs de haut niveau.
Voir aussi:
OCT. 9, 2018
L’acétylcholine modifie rapidement l’inhibition latérale dans les circuits corticaux
Dans une publication récente dans Nature Communications, l’équipe de Huib Mansvelder a révélé des effets rapides de l’acétylcholine neuromodulateur sur les réseaux de neurones corticaux humains et de souris. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/