私たちの脳は、それぞれが電気信号の形で情報を収集し、処理し、渡すほぼ100億ニューロンの活動を介して動作します。 しかし、これまでのところ、これらの細胞の特性の違いが知能のような人間の認知能力にどのように関係するかについてはあまり知られていませんでした。
いくつかの証拠は、いわゆる樹状突起、各ニューロンが他の何千もの細胞からの信号を受信する長い分岐突起の大きさが役割を果たすかもしれないことを示唆していた：特に前頭葉と側頭葉のような異なるタイプの情報を統合する脳領域では、脳細胞はより大きな樹状突起を有する。 これらの脳領域では、ニューロンの大部分がある皮質は、より高いIQを持つ人々でも厚いです。 理論的研究はさらに、より大きな樹状突起が細胞が電気信号をより速く開始するのを助けるかもしれないことを予測した。
しかし、人間の生きているニューロンへのアクセスが非常に困難であるため、これらの細胞特性のいずれかが実際に人間の知性に関連していることが証明できるかどうかは、今まで未解決の問題でした。
アムステルダム自由大学の基本的な神経科学者とアムステルダム大学医療センターの神経外科医および臨床心理学者の共同研究により、よりスマートな脳が実際により速くより大きな細胞を備えているかどうかを知ることが可能になった。 「この研究は、単一細胞の視点を取り、細胞の特性を人間の知性にリンクする最初のものです」と、Human Brainプロジェクトで働いている細胞神経科学の専門家であるHuib Mansvelder教授は説明します。
オランダのチームは、脳腫瘍やてんかんの手術が必要な46人を研究しました。 各患者は手術前の評価の一環として、手術前にIQテストを受けた。 脳の深い病気の部分にアクセスするには、外科医は一般的に側頭葉の小さな損傷を受けていないサンプルを削除する必要があります。 これらのサンプルには、科学者が研究した生きた細胞がまだ含まれていました。 細胞の大きさと樹枝状の複雑さ、ならびにそれらの電気信号（いわゆる活動電位）の両方を実験室で測定し、IQスコアと比較した。
アプローチの概要：科学者は、単一細胞生理学、神経形態、MRIおよびIQテストのスコアを含むヒト被験者から情報豊富な多次元データセットを収集するこ 青色で強調された脳の領域は皮質の厚さ測定の位置を示し、黒い四角は切除された皮質組織の典型的な起源を示しています
彼らは、IQが高い人の細胞は、特に活動の増加中に、より長く、より複雑な樹状突起とより速い活動電位を有することを発見しました。 計算モデリングでは、より大きな樹状突起とより速い活動電位を持つニューロンが、より多くの情報を処理し、より詳細な情報を他のニューロンに渡すことができることも示すことができました。
“伝統的に、人間の知性に関する研究は、脳の構造と機能の脳イメージング研究、知性に関連する遺伝子を見つけるための遺伝学的研究、行動心理学の三つの主な戦略に焦点を当てている”とHuib Mansvelder行動心理学の研究は、IQスコアが高いことが被験者の反応時間が速いことに関連していることを示していると説明している。 今回の新知見は、この関連性についての細胞の説明を提供し、別々のアプローチからの知見をリンクさせ、知能のために同定された遺伝子がどのようにして皮質の厚さの増加、より大きなニューロン、およびより高いIQを持つ人々の反応時間の短縮につながるかを説明しています。
それによって、この研究は、細胞の機能から回路、行動への人間の脳内の組織のレベルを結びつけています。 「これは、脳に関するさまざまなレベルの知識をリンクするために、人間の脳プロジェクトの他の神経科学分野のすべてのパートナーと協力して、私たちの主な目標の1つです」と科学者は述べています。 フォローアップ研究はすでに計画されています。 「IQ番号は広範囲のテストの要約結果であるため、データを掘り下げて、特にどのスキルがこれらのセルの特徴に最も相関しているかを詳しく調べる機会が得られました。”
より高速な活動電位とより大きな樹状突起は、より多くのシナプス情報を受信して処理するために、ニューロン間の小さな違いのように見えるかも しかし、私たちの脳は100億近くのニューロンで構成されているため、この効果は急速に脳全体の計算能力に大きな影響を及ぼします。
eLifeでの出版：
大きくて速いヒト錐体ニューロンは知性と関連している
著者: ナタリアA.Goriounova、Djai B.Heyer、René Wilbers、Matthijs B.Verhoog、Michele Giugliano、Christophe Verbist、Joshua Obermayer、Amber Kerkhofs、Harriêt 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 , ドイ:10.7554/eLife.41714
連絡先：
Huib Mansvelder教授
[email protected]
Huib Mansvelder教授は、アムステルダム自由大学の統合神経生理学の部門を率いています。 彼の研究チームは、生きている人間のニューロンの単一細胞モデリングや測定などの分野でリードしています。 HBPでは、遺伝子発現や分子のレベルから認知の高レベルの現象まで、脳の複雑さを研究する人間の脳組織の研究領域に貢献しています。
も参照：
OCT. 9,2018
アセチルコリンは皮質回路における横方向の阻害を急速に変化させる
Nature Communicationsに掲載された最近の論文で、Huib Mansvelderのチームは、ヒトおよびマウスの皮質神経ネットワークに対する神経調節性アセチルコリンの急速な効果を明らかにした。 https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/