nasz mózg działa poprzez aktywność prawie 100 miliardów neuronów, z których każdy zbiera, przetwarza i przekazuje informacje w postaci sygnałów elektrycznych. Ale do tej pory niewiele wiadomo o tym, jak różnice we właściwościach tych komórek od osoby do osoby mają znaczenie dla ludzkich zdolności poznawczych, takich jak inteligencja.
niektóre dowody sugerują, że rozmiar tak zwanych dendrytów, długich rozgałęzionych wypukłości, przez które każdy neuron otrzymuje sygnały od tysięcy innych komórek, może odgrywać rolę: zwłaszcza w obszarach mózgu, które integrują różne rodzaje informacji, takie jak płaty czołowe i skroniowe, komórki mózgu mają większe dendryty. W tych obszarach mózgu kora mózgowa, gdzie znajduje się większość neuronów, jest również grubsza u osób z wyższym IQ. Badania teoretyczne dodatkowo przewidywały, że większe dendryty mogą pomóc komórkom szybciej inicjować sygnały elektryczne.
ale z powodu bardzo trudnego dostępu do ludzkich żywych neuronów do tej pory było otwarte pytanie, czy któreś z tych właściwości komórkowych można udowodnić, że faktycznie odnoszą się do ludzkiej inteligencji.
współpraca podstawowych neurobiologów z Wolnego Uniwersytetu w Amsterdamie z neurochirurgami i psychologami klinicznymi z Centrum Medycznego Uniwersytetu w Amsterdamie pozwoliła teraz sprawdzić, czy mądrzejsze mózgi są rzeczywiście lepiej wyposażone w szybsze i większe komórki. „Badanie to jest pierwszym badaniem, które bierze pod uwagę perspektywę pojedynczej komórki i łączy właściwości komórkowe z ludzką inteligencją”, wyjaśnia starszy autor Prof. Huib Mansvelder, ekspert w dziedzinie neuronauki komórkowej, który pracuje w ramach projektu ludzkiego mózgu.
holenderski zespół zbadał 46 osób, które potrzebowały operacji na guzy mózgu lub epilepsję. Każdy pacjent przed operacją wykonał test IQ w ramach testu przedoperacyjnego. Aby uzyskać dostęp do chorej części głęboko w mózgu, chirurdzy często muszą usunąć małe nieuszkodzone próbki płata skroniowego. Próbki te nadal zawierały żywe komórki, które badali naukowcy. Zarówno wielkość i złożoność dendrytyczna komórek, jak i ich sygnały elektryczne – tzw. potencjały działania – zostały zmierzone w laboratorium i porównane z wynikami IQ.
podsumowanie podejścia: naukowiec był w stanie zebrać bogaty w informacje wielowymiarowy zestaw danych od ludzi, w tym fizjologii pojedynczej komórki, morfologii neuronów, MRI i wyników testu IQ. Obszar mózgu zaznaczony na niebiesko wskazuje lokalizację pomiarów grubości kory, czarny kwadrat wskazuje typowe pochodzenie wyciętej tkanki korowej
odkryli, że komórki osób z wyższym IQ mają dłuższe, bardziej złożone dendryty i szybsze potencjały działania, zwłaszcza podczas zwiększonej aktywności. Dzięki modelowaniu obliczeniowemu mogą również pokazać, że neurony o większych dendrytach i szybszym potencjale działania mogą przetwarzać więcej informacji i przekazywać bardziej szczegółowe informacje innym neuronom.
„tradycyjnie badania nad ludzką inteligencją koncentrują się na trzech głównych strategiach: badaniach obrazowania mózgu struktury i funkcji mózgu, badaniach genetycznych w celu znalezienia genów związanych z inteligencją i psychologii behawioralnej”, wyjaśnia Huib Mansvelder behawioralne badania psychologiczne wykazały, że wyższe wyniki IQ są związane z szybszym czasem reakcji badanych. Nowe odkrycia zapewniają komórkowe wyjaśnienie tego związku i łączą wyniki z oddzielnych podejść, wyjaśniając, w jaki sposób zidentyfikowane geny dla inteligencji mogą prowadzić do zwiększenia grubości kory, większych neuronów, a także szybszego czasu reakcji u osób z wyższym IQ.
w ten sposób badanie łączy poziomy organizacji w ludzkim mózgu od funkcji komórek do obwodów do zachowania. „Jest to jeden z głównych celów dla nas współpracy z tymi wszystkimi partnerami z innych dyscyplin neuronauki w projekcie ludzkiego mózgu, aby połączyć różne poziomy wiedzy na temat mózgu”, mówi naukowiec. Planowane są już dalsze badania. „Ponieważ liczba IQ jest podsumowanym wynikiem szerokiego zakresu testów, mamy teraz możliwość zagłębiania się w dane i bliższego przyjrzenia się, które umiejętności w szczególności są najbardziej skorelowane z tymi cechami komórek.”
szybsze potencjały działania i większe dendryty do odbierania i przetwarzania większej ilości informacji synaptycznych mogą wydawać się niewielką różnicą między neuronami. Jednak ponieważ nasz mózg składa się z blisko 100 miliardów neuronów, efekt ten szybko mnoży się do dużego wpływu na potencjał obliczeniowy mózgu jako całości:” to mały krok na poziomie pojedynczego neuronu, gigantyczny skok dla mocy obliczeniowej mózgu”, mówi Mansvelder.
publikacja w eLife:
duże i szybkie ludzkie neurony piramidalne kojarzą się z inteligencją
autorzy: 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
kontakt:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
prof. Huib Mansvelder kieruje Katedrą Neurofizjologii integracyjnej Na Wolnym Uniwersytecie w Amsterdamie. Jego zespół badawczy jest liderem w takich dziedzinach, jak modelowanie pojedynczych komórek i pomiary na żywych ludzkich neuronach. W HBP przyczynia się do obszaru badawczego organizacji ludzkiego mózgu, który bada złożoność mózgu od poziomu ekspresji genów i cząsteczek do zjawisk wysokiego poziomu poznania.
Zobacz też:
9, 2018
acetylocholina szybko zmienia boczne hamowanie w obwodach korowych
w niedawnej publikacji w Nature Communications, zespół Huib Mansvelder ujawnił szybkie działanie acetylocholiny neuromodulatora na ludzkie i mysie korowe sieci neuronalne. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/