az agyunk a közel 100 milliárd neuron tevékenységén keresztül működik, amelyek mindegyike elektromos jelek formájában gyűjti, dolgozza fel és továbbítja az információkat. De eddig nem sokat tudtak arról, hogy ezeknek a sejteknek a tulajdonságai közötti különbségek személyenként hogyan számítanak az emberi kognitív képességek, például az intelligencia szempontjából.
egyes bizonyítékok arra utaltak, hogy az úgynevezett dendritek mérete, a hosszú elágazó kiemelkedések, amelyeken keresztül minden neuron több ezer más sejtből kap jeleket, szerepet játszhatnak: különösen az agyterületeken, amelyek különböző típusú információkat integrálnak, mint például a frontális és a temporális lebenyek, az agysejtek nagyobb dendritekkel rendelkeznek. Ezekben az agyterületekben a kéreg, ahol a legtöbb idegsejt található, vastagabb a magasabb IQ-val rendelkező embereknél is. Az elméleti tanulmányok azt is megjósolták, hogy a nagyobb dendritek segíthetnek a sejteknek az elektromos jelek gyorsabb elindításában.
de az emberi élő idegsejtekhez való nagyon nehéz hozzáférés miatt eddig nyitott kérdés volt, hogy ezek a sejttulajdonságok valóban kapcsolódnak-e az emberi intelligenciához.
az Amszterdami Szabadegyetem idegsebészeinek és az Amszterdami Egyetem Orvosi Központjának klinikai pszichológusainak együttműködése lehetővé tette annak kiderítését, hogy az okosabb agyak valóban jobban felszereltek-e gyorsabb és nagyobb sejtekkel. “A tanulmány az első, amely az egysejtű perspektívát veszi figyelembe, és összekapcsolja a sejtek tulajdonságait az emberi intelligenciával” – magyarázza Huib Mansvelder, a celluláris idegtudomány szakértője, aki a Human Brain projekten dolgozik.
a holland csapat 46 embert vizsgált, akiknek agydaganatok vagy epilepszia miatt műtétre volt szükségük. Minden beteg IQ tesztet végzett a műtét előtt, a műtét előtti vizsgálat részeként. Az agy mélyén lévő beteg rész eléréséhez a sebészeknek általában el kell távolítaniuk a temporális lebeny apró, sértetlen mintáit. Ezek a minták még mindig élő sejteket tartalmaztak, amelyeket a tudósok tanulmányoztak. A sejtek méretét és dendritikus komplexitását, valamint elektromos jeleiket – az úgynevezett akciós potenciálokat – laboratóriumban mérték, és összehasonlították az IQ pontszámokkal.
a megközelítés összefoglalása: a tudós képes volt információt gazdag többdimenziós adathalmazt gyűjteni emberi alanyoktól, beleértve az egysejtű fiziológiát, a neuronális morfológiát, az MRI és az IQ teszt pontszámokat. Az agy kékkel kiemelt területe jelzi a kérgi vastagságmérések helyét, a fekete négyzet a reszekált kérgi Szövet tipikus eredetét jelzi
azt találták, hogy a magasabb IQ-val rendelkező emberek sejtjei hosszabb, összetettebb dendritekkel és gyorsabb akciós potenciállal rendelkeznek, különösen a fokozott aktivitás során. Számítógépes modellezéssel azt is megmutathatták, hogy a nagyobb dendritekkel és gyorsabb akciós potenciállal rendelkező neuronok több beérkező információt tudnak feldolgozni, és részletesebb információkat tudnak továbbítani más neuronoknak.
“az emberi intelligenciával kapcsolatos kutatások hagyományosan három fő stratégiára összpontosítanak: az agy szerkezetének és működésének agyi képalkotó vizsgálataira, az intelligenciával kapcsolatos gének felkutatására irányuló genetikai vizsgálatokra és a viselkedéspszichológiára” – magyarázza Huib Mansvelder viselkedési pszichológiai tanulmányok kimutatták, hogy a magasabb IQ pontszámok az alanyok gyorsabb reakcióidejével járnak. Az új eredmények sejtes magyarázatot adnak erre az összefüggésre, és összekapcsolják a különféle megközelítések eredményeit, elmagyarázva, hogy az intelligencia azonosított génjei hogyan vezethetnek megnövekedett agykérgi vastagsághoz, nagyobb neuronokhoz, valamint gyorsabb reakcióidőhöz a magasabb IQ-val rendelkező embereknél.
ezáltal a tanulmány összekapcsolja az emberi agy szervezeti szintjeit a sejtek működésétől az áramkörökig a viselkedésig. “Ez az egyik fő cél számunkra, hogy együtt dolgozzunk az idegtudomány más tudományágainak partnereivel az emberi agy projektben, hogy összekapcsoljuk az agyról szóló ismeretek különböző szintjeit” – mondja a tudós. A nyomon követési tanulmányokat már tervezik. “Mivel az IQ-szám a tesztek széles körének összesített eredménye, most lehetőségünk van arra, hogy elmélyüljünk az adatokban, és közelebbről megvizsgáljuk, hogy mely képességek kapcsolódnak leginkább ezekhez a sejtjellemzőkhöz.”
a gyorsabb akciós potenciál és a nagyobb dendritek, amelyek több szinaptikus információt fogadnak és dolgoznak fel, kis különbségnek tűnhetnek a neuronok között. Mivel azonban az agyunk közel 100 milliárd neuronból áll, ez a hatás gyorsan megsokszorozza az agy egészének számítási potenciálját: “ez egy kis lépés egyetlen neuron szintjén, óriási ugrás az agy számítási erejéhez” – mondja Mansvelder.
publikáció az eLife – ban:
nagy és gyors emberi piramis idegsejtek társulnak az intelligenciához
szerzők: Natalja A. Goriounova, Djai B. Heyer, Reno .. Wilbers, Matthijs B. Verhoog, Michele Giugliano, Christophe Verbist, Joshua Obermayer, Amber Kerkhofs, Harri Kb 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
kapcsolat:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
Prof. Huib Mansvelder az Amszterdami Szabad Egyetem integratív neurofiziológiai Tanszékének vezetője. Kutatócsoportja olyan területeken vezet, mint az egysejtes modellezés és az élő emberi neuronok mérése. A HBP-ben részt vesz az emberi agy szerveződésének kutatási területén, amely az agy komplexitását vizsgálja a génexpresszió és molekulák szintjétől a megismerés magas szintű jelenségeiig.
Lásd még:
okt. 9, 2018
az acetilkolin gyorsan megváltoztatja az oldalsó gátlást a kortikális áramkörökben
a Nature Communications nemrégiben megjelent kiadványában Huib Mansvelder csapata feltárta az acetilkolin neuromodulátor gyors hatásait az emberi és egér kortikális neuronális hálózatokra. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/