hjernen vår fungerer gjennom aktiviteten til sine nesten 100 milliarder nevroner som hver samler, behandler og overfører informasjon i form av elektriske signaler. Men så langt hadde ikke mye vært kjent om hvordan forskjellene i egenskapene til disse cellene fra person til person betyr noe for menneskelige kognitive evner som intelligens.
noen bevis hadde antydet at størrelsen på såkalte dendritter, de lange forgrenede fremspringene som hver nevron mottar signaler fra tusenvis av andre celler, kan spille en rolle: Spesielt I hjerneområder som integrerer ulike typer informasjon, som frontal og temporal lobes, har hjerneceller større dendritter. I disse hjerneområdene er cortexen, hvor de fleste nevronene er, også tykkere hos personer med høyere IQ. Teoretiske studier forutslo i tillegg at større dendriter kan hjelpe celler til å starte elektriske signaler raskere.
men på grunn av den svært vanskelige tilgangen til menneskelige levende nevroner var det et åpent spørsmål til nå om noen av disse cellulære egenskapene kunne bevises å faktisk forholde seg til menneskelig intelligens.
et samarbeid mellom grunnleggende nevrologer Ved Free University Amsterdam med nevrokirurger og kliniske psykologer Ved Amsterdam University Medical Center gjorde det nå mulig å finne ut om smartere hjerner faktisk er bedre utstyrt med raskere og større celler. «Studien er den første som tar enkeltcelleperspektivet og knytter cellulære egenskaper til menneskelig intelligens», forklarer seniorforfatter Prof. Huib Mansvelder, en ekspert for cellulær nevrovitenskap som jobber innenfor Human Brain Project.
det nederlandske teamet studerte 46 personer som trengte kirurgi for hjernesvulster eller epilepsi. HVER pasient tok EN IQ-test før operasjonen, som en del av en presurgery assesment. For å få tilgang til den syke delen dypt i hjernen, må kirurger ofte fjerne små ubeskadigede prøver av temporal lobe. Disse prøvene inneholdt fortsatt levende celler som forskerne studerte. Både cellens størrelse og dendritiske kompleksitet, samt deres elektriske signaler – såkalte handlingspotensialer – ble målt i laboratoriet og sammenlignet MED IQ-poengene.
Sammendrag av tilnærmingen: forskeren var i stand til å samle et informasjonsrikt flerdimensjonalt datasett fra mennesker, inkludert enkeltcellefysiologi, nevronmorfologi, MR og IQ-testresultater. Den svarte firkanten indikerer den typiske opprinnelsen til resektert kortikalt vev
de fant at celler fra personer med høyere IQ har lengre, mer komplekse dendriter og raskere handlingspotensialer, spesielt under økt aktivitet. Med beregningsmodellering kan de også vise at nevroner med større dendriter og raskere handlingspotensialer kan behandle mer informasjon som kommer inn og kan gi mer detaljert informasjon til andre nevroner.
«Tradisjonelt fokuserer forskning på menneskelig intelligens på tre hovedstrategier: hjerneavbildningsstudier av hjernestruktur og funksjon, genetiske studier for å finne gener forbundet med intelligens og atferdspsykologi», forklarer Huib Mansvelder Atferdspsykologiske studier har vist at høyere IQ-score er forbundet med raskere reaksjonstider av fag. De nye funnene gir en cellulær forklaring på denne foreningen og knytter funn fra de separate tilnærmingene, og forklarer hvordan identifiserte gener for intelligens kan føre til økt kortikal tykkelse, større nevroner samt raskere reaksjonstid hos personer med høyere IQ.
dermed kobler studien nivåer av organisasjon i den menneskelige hjerne fra funksjon av celler til kretser til atferd. «Det er et av de store målene for oss å jobbe sammen med alle disse partnerne fra andre disipliner innen nevrovitenskap i Human Brain-Prosjektet, for å knytte de ulike nivåene av kunnskap om hjernen», sier forskeren. Oppfølgingsstudier er allerede planlagt. «DA IQ-tallet er det oppsummerte resultatet av et bredt spekter av tester, har vi nå muligheten til å grave inn i dataene og se nærmere på hvilke ferdigheter som spesielt er korrelert mest til disse cellefunksjonene.»
Raskere handlingspotensialer og større dendriter for å motta og behandle mer synaptisk informasjon kan virke som en liten forskjell mellom nevroner. Men siden hjernen vår består av nær 100 milliarder nevroner, multipliserer denne effekten raskt til en stor effekt på hjernens beregningspotensial som helhet: «det er et lite skritt på nivået av en enkelt nevron, et stort sprang for hjernens beregningskraft», sier Mansvelder.
Publikasjon i eLife:
Store og raske menneskelige pyramidale nevroner forbinder med intelligens
Forfattere: Natalia A. Goriounova, Djai B. Heyer, René Wilbers, Matthijs B. Verhoog, Michele Giugliano, Christophe Verbist, Joshua Obermayer, Amber Kerkhofs, Harrië 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
Kontakt:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
Prof. Huib Mansvelder leder Avdelingen For Integrativ Nevrofysiologi Ved Free University Of Amsterdam. Hans forskerteam er ledende innen områder som enkeltcellemodellering og målinger på levende menneskelige nevroner. I HBP bidrar han til forskningsområdet Human Brain Organization, som studerer hjernens kompleksitet fra nivået av genuttrykk og molekyler opp til fenomenene på høyt nivå av kognisjon.
Se også:
OKT. 9, 2018
Acetylkolin endrer raskt lateral inhibering i kortikale kretser
I en nylig publikasjon I Nature Communications avslørte Huib Mansvelders team raske effekter av neuromodulator acetylkolin på humane og mus kortikale nevronnettverk. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/