ons brein werkt door de activiteit van zijn bijna 100 miljard neuronen die elk informatie verzamelen, verwerken en doorgeven in de vorm van elektrische signalen. Maar tot nu toe was er niet veel bekend over hoe de verschillen in de eigenschappen van deze cellen van persoon tot persoon van belang zijn voor menselijke cognitieve vermogens zoals intelligentie.Er waren aanwijzingen dat de grootte van zogenaamde dendrieten, de lang vertakte uitsteeksels waardoor elk neuron signalen ontvangt van duizenden andere cellen, een rol zou kunnen spelen: vooral in hersengebieden die verschillende soorten informatie integreren, zoals de frontale en temporale kwabben, hebben hersencellen Grotere dendrieten. In deze hersengebieden is de cortex, waar de meeste neuronen zijn, ook dikker bij mensen met een hoger IQ. Theoretische studies voorspelden bovendien dat grotere dendrieten cellen kunnen helpen om elektrische signalen sneller in werking te stellen.
maar vanwege de zeer moeilijke toegang tot menselijke levende neuronen was het tot nu toe een open vraag of een van deze cellulaire eigenschappen kon worden bewezen om daadwerkelijk verband te houden met menselijke intelligentie.
een samenwerking van elementaire neurowetenschappers van de Vrije Universiteit Amsterdam met neurochirurgen en klinisch psychologen van het Amsterdam University Medical Center maakte het nu mogelijk om uit te vinden of slimmere hersenen inderdaad beter uitgerust zijn met snellere en grotere cellen. “De studie is de eerste om het eencellige perspectief te nemen en cellulaire eigenschappen te koppelen aan menselijke intelligentie”, legt senior auteur Prof.Huib Mansvelder, een expert voor cellulaire neurowetenschappen die werkt binnen het Human Brain Project.
het Nederlands team bestudeerde 46 mensen die een operatie nodig hadden bij hersentumoren of epilepsie. Elke patiënt nam een IQ-test voor de operatie, als onderdeel van een prechirurgie assesment. Om toegang te krijgen tot het zieke deel diep in de hersenen, moeten chirurgen vaak kleine onbeschadigde monsters van temporale kwab verwijderen. Deze monsters bevatten nog levende cellen die de wetenschappers bestudeerden. Zowel de grootte als de dendritische complexiteit van de cellen, evenals hun elektrische signalen – zogenaamde actiepotentialen – werden gemeten in het lab en vergeleken met de IQ scores.
samenvatting van de aanpak: de wetenschapper was in staat om een informatie-rijke multidimensionale dataset te verzamelen van menselijke proefpersonen, waaronder eencellige fysiologie, neuronale morfologie, MRI en IQ-testscores. Het gebied van de hersenen gemarkeerd in blauw geeft de locatie van corticale diktemetingen, het zwarte vierkant geeft de typische oorsprong van resected corticale Weefsel
ze vonden dat cellen van mensen met een hoger IQ hebben langere, meer complexe dendrieten en sneller actiepotentieel vooral tijdens verhoogde activiteit. Met computationele modellering konden ze ook aantonen dat neuronen met grotere dendrieten en snellere actiepotentialen meer informatie kunnen verwerken die binnenkomt en meer gedetailleerde informatie kunnen doorgeven aan andere neuronen.”Traditioneel is onderzoek naar menselijke intelligentie gericht op drie hoofdstrategieën: hersenbeeldvormingsstudies van hersenstructuur en-functie, genetische studies om genen te vinden die geassocieerd zijn met intelligentie, en gedragspsychologie”, verklaart Huib Mansvelder Gedragspsychologische studies hebben aangetoond dat hogere IQ-scores geassocieerd worden met snellere reactietijden van proefpersonen. De nieuwe bevindingen verstrekken een cellulaire verklaring voor deze vereniging en verbindt bevindingen van de afzonderlijke benaderingen, die verklaren hoe geà dentificeerde genen voor intelligentie tot verhoogde corticale dikte, Grotere neuronen evenals snellere reactietijden in mensen met hoger IQ kunnen leiden.
daarbij verbindt de studie de niveaus van organisatie in de menselijke hersenen van functie van cellen tot circuits tot gedrag. “Dat is een van de belangrijkste doelen voor ons om samen te werken met al deze partners uit andere disciplines van de neurowetenschappen in het Human Brain Project, om de verschillende niveaus van kennis over de hersenen te koppelen”, zegt de wetenschapper. Er zijn reeds vervolgstudies gepland. “Omdat het IQ-nummer het samenvattende resultaat is van een breed scala aan tests, hebben we nu de mogelijkheid om in de gegevens te graven en te kijken welke vaardigheden in het bijzonder het meest gecorreleerd zijn aan deze celfuncties.”
snellere actiemogelijkheden en grotere dendrieten om meer synaptische informatie te ontvangen en te verwerken lijken misschien een klein verschil tussen neuronen. Maar omdat ons brein uit bijna 100 miljard neuronen bestaat, vermenigvuldigt dit effect zich snel tot een groot effect op het rekenpotentieel van het brein als geheel: “het is een kleine stap op het niveau van een enkel neuron, een gigantische sprong voor de rekenkracht van het brein”, zegt Mansvelder.
Publication in eLife:
grote en snelle menselijke piramidale neuronen associëren met intelligentie
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] Prof. Huib Mansvelder leidt de afdeling integratieve Neurofysiologie van de Vrije Universiteit van Amsterdam. Zijn onderzoeksteam is toonaangevend op gebieden als eencellige modellering en metingen van levende menselijke neuronen. In het HBP draagt hij bij aan het onderzoeksgebied Human Brain Organization, dat de complexiteit van de hersenen bestudeert, van het niveau van genexpressie en moleculen tot de fenomenen van cognitie op hoog niveau.
zie ook:
okt. 9, 2018
Acetylcholine verandert snel laterale remming in corticale circuits
in een recente publicatie in Nature Communications onthulde Huib Mansvelders team snelle effecten van neuromodulator acetylcholine op corticale neuronale netwerken bij mensen en muizen. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/