Il nostro cervello funziona attraverso l’attività dei suoi quasi 100 miliardi di neuroni che raccolgono, elaborano e trasmettono informazioni sotto forma di segnali elettrici. Ma finora, non si sapeva molto su come le differenze nelle proprietà di queste cellule da persona a persona siano importanti per le capacità cognitive umane come l’intelligenza.
Alcune prove avevano suggerito che le dimensioni dei cosiddetti dendriti, le lunghe protrusioni ramificate attraverso le quali ogni neurone riceve segnali da migliaia di altre cellule, potrebbero svolgere un ruolo: specialmente nelle aree cerebrali che integrano diversi tipi di informazioni, come i lobi frontali e temporali, le cellule cerebrali hanno dendriti più grandi. In queste aree cerebrali la corteccia, dove si trova la maggior parte dei neuroni, è anche più spessa nelle persone con QI più alto. Studi teorici hanno inoltre previsto che i dendriti più grandi possono aiutare le cellule ad avviare segnali elettrici più velocemente.
Ma a causa dell’accesso molto difficile ai neuroni viventi umani era una domanda aperta fino ad ora se una qualsiasi di queste proprietà cellulari potesse essere dimostrata in realtà in relazione all’intelligenza umana.
Una collaborazione di neuroscienziati di base presso la Libera Università di Amsterdam con neurochirurghi e psicologi clinici presso l’Amsterdam University Medical Center ora ha permesso di scoprire se i cervelli più intelligenti sono davvero meglio equipaggiati con cellule più veloci e più grandi. “Lo studio è il primo a prendere la prospettiva di una singola cellula e collegare le proprietà cellulari all’intelligenza umana”, spiega l’autore senior Prof. Huib Mansvelder, esperto di neuroscienze cellulari che sta lavorando all’interno del progetto Human Brain.
Il team olandese ha studiato 46 persone che avevano bisogno di un intervento chirurgico per tumori cerebrali o epilessia. Ogni paziente ha preso un test del QI prima dell’operazione, come parte di un assesment presurgery. Per accedere alla parte malata in profondità nel cervello, i chirurghi devono comunemente rimuovere piccoli campioni intatti di lobo temporale. Questi campioni contenevano ancora cellule viventi che gli scienziati hanno studiato. Sia la dimensione e la complessità dendritica delle cellule, così come i loro segnali elettrici – i cosiddetti potenziali d’azione – sono stati misurati in laboratorio e confrontati con i punteggi IQ.
Riassunto dell’approccio: Lo scienziato è stato in grado di raccogliere un set di dati multidimensionali ricco di informazioni da soggetti umani, tra cui la fisiologia delle singole cellule, la morfologia neuronale, i punteggi dei test MRI e IQ. L’area del cervello evidenziata in blu indica la posizione delle misurazioni dello spessore corticale, Il quadrato nero indica l’origine tipica del tessuto corticale resecato
Hanno scoperto che le cellule di persone con QI più alto hanno dendriti più lunghi e più complessi e potenziali d’azione più veloci specialmente durante l’aumento dell’attività. Con la modellazione computazionale potrebbero anche mostrare che i neuroni con dendriti più grandi e potenziali d’azione più veloci possono elaborare più informazioni in arrivo e possono trasmettere informazioni più dettagliate ad altri neuroni.
“Tradizionalmente, la ricerca sull’intelligenza umana si concentra su tre strategie principali: studi di imaging cerebrale sulla struttura e la funzione del cervello, studi genetici per trovare geni associati all’intelligenza e psicologia comportamentale”, spiega Huib Mansvelder Studi psicologici comportamentali hanno dimostrato che punteggi di QI più alti sono associati a tempi di reazione più rapidi dei soggetti. Le nuove scoperte forniscono una spiegazione cellulare per questa associazione e collega i risultati degli approcci separati, spiegando come i geni identificati per l’intelligenza possono portare ad un aumento dello spessore corticale, neuroni più grandi e tempi di reazione più rapidi nelle persone con QI più alto.
Quindi, lo studio collega i livelli di organizzazione nel cervello umano dalla funzione delle cellule ai circuiti al comportamento. “Questo è uno degli obiettivi principali per noi lavorare insieme a tutti questi partner di altre discipline delle neuroscienze nel progetto Human Brain, per collegare i diversi livelli di conoscenza sul cervello”, dice lo scienziato. Gli studi di follow-up sono già pianificati. “Poiché il numero di QI è il risultato riassunto di una vasta gamma di test, ora abbiamo l’opportunità di scavare nei dati e dare un’occhiata più da vicino a quali abilità in particolare sono correlate di più a queste caratteristiche cellulari.”
Potenziali d’azione più veloci e dendriti più grandi per ricevere ed elaborare più informazioni sinaptiche possono sembrare una piccola differenza tra i neuroni. Tuttavia, poiché il nostro cervello è composto da quasi 100 miliardi di neuroni, questo effetto si moltiplica rapidamente per un grande effetto sul potenziale computazionale del cervello nel suo complesso:” È un piccolo passo a livello di un singolo neurone, un salto da gigante per la potenza computazionale del cervello”, dice Mansvelder.
Pubblicazione in eLife:
I neuroni piramidali umani grandi e veloci si associano all’intelligenza
Autori: Natalia A. Goriounova, Djai B. Heyer, René Wilbers, Matthijs B. Verhoog, Michele Giugliano, Christophe Verbist, Giosuè Obermayer, Ambra 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
Contatto:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
Il Prof. Huib Mansvelder dirige il Dipartimento di Neurofisiologia Integrativa presso la Libera Università di Amsterdam. Il suo team di ricerca è leader in aree come la modellazione a cellule singole e le misurazioni sui neuroni umani viventi. Nell’HBP contribuisce all’area di ricerca dell’Organizzazione del cervello umano, che studia la complessità del cervello dal livello di espressione genica e molecole fino ai fenomeni di alto livello della cognizione.
Vedi anche:
OTT. 9, 2018
L’acetilcolina altera rapidamente l’inibizione laterale nei circuiti corticali
In una recente pubblicazione su Nature Communications, il team di Huib Mansvelder ha rivelato rapidi effetti dell’acetilcolina neuromodulatore sulle reti neuronali corticali umane e murine. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/