vår hjärna arbetar genom aktiviteten hos sina nästan 100 miljarder neuroner som var och en samlar in, bearbetar och vidarebefordrar information i form av elektriska signaler. Men hittills hade inte mycket varit känt om hur skillnaderna i egenskaperna hos dessa celler från person till person spelar roll för mänskliga kognitiva förmågor som intelligens.
några bevis hade föreslagit att storleken på så kallade dendriter, de långa grenade utsprången genom vilka varje neuron tar emot signaler från tusentals andra celler, kan spela en roll: särskilt i hjärnområden som integrerar olika typer av information, såsom frontal och temporal lobes, har hjärnceller större dendriter. I dessa hjärnområden är cortexen, där de flesta neuronerna är, också tjockare hos personer med högre IQ. Teoretiska studier förutspådde dessutom att större dendriter kan hjälpa celler att initiera elektriska signaler snabbare.
men på grund av den mycket svåra tillgången till mänskliga levande neuroner var det en öppen fråga fram till nu om någon av dessa cellulära egenskaper kunde bevisas faktiskt relatera till mänsklig intelligens.
ett samarbete mellan grundläggande neurovetenskapsmän vid Free University Amsterdam med neurokirurger och kliniska psykologer vid Amsterdam University Medical Center gjorde det nu möjligt att ta reda på om smartare hjärnor verkligen är bättre utrustade med snabbare och större celler. ”Studien är den första som tar singelcellperspektivet och kopplar cellulära egenskaper till mänsklig intelligens”, förklarar seniorförfattare Prof.Huib Mansvelder, en expert för cellulär neurovetenskap som arbetar inom Human Brain Project.
det nederländska laget studerade 46 personer som behövde operation för hjärntumörer eller epilepsi. Varje patient tog ett IQ-test före operationen, som en del av en prekirurgisk bedömning. För att komma åt den sjuka delen djupt i hjärnan måste kirurger ofta ta bort små oskadade prover av temporal lob. Dessa prover innehöll fortfarande levande celler som forskarna studerade. Både cellens storlek och dendritiska komplexitet, liksom deras elektriska signaler – så kallade åtgärdspotentialer – mättes i labbet och jämfördes med IQ-poängen.
sammanfattning av tillvägagångssättet: forskaren kunde samla in en informationsrik flerdimensionell datamängd från människor inklusive encellsfysiologi, neuronal morfologi, MR och IQ-testresultat. Hjärnområdet markerat i blått indikerar placeringen av kortikala tjockleksmätningar, den svarta fyrkanten indikerar det typiska ursprunget för resekterad kortikal vävnad
de fann att celler från personer med högre IQ har längre, mer komplexa dendriter och snabbare åtgärdspotentialer, särskilt under ökad aktivitet. Med beräkningsmodellering kan de också visa att neuroner med större dendriter och snabbare åtgärdspotentialer kan bearbeta mer information som kommer in och kan vidarebefordra mer detaljerad information till andra neuroner.
”traditionellt fokuserar forskning om mänsklig intelligens på tre huvudstrategier: hjärnbildningsstudier av hjärnstruktur och funktion, genetiska studier för att hitta gener associerade med intelligens och beteendepsykologi”, förklarar Huib Mansvelder Beteendepsykologiska studier har visat att högre IQ-poäng är förknippade med snabbare reaktionstider hos ämnen. De nya resultaten ger en cellulär förklaring till denna förening och länkar fynd från de separata tillvägagångssätten, förklarar hur identifierade gener för intelligens kan leda till ökad kortikal tjocklek, större neuroner samt snabbare reaktionstider hos personer med högre IQ.
därmed kopplar studien organisationsnivåer i den mänskliga hjärnan från cellernas funktion till kretsar till beteende. ”Det är ett av de viktigaste målen för oss att arbeta tillsammans med alla dessa partners från andra discipliner inom neurovetenskap i Human Brain Project, för att länka de olika kunskapsnivåerna om hjärnan”, säger forskaren. Uppföljningsstudier är redan planerade. ”Eftersom IQ-talet är det sammanfattade resultatet av ett brett spektrum av tester, har vi nu möjlighet att gräva i data och titta närmare på vilka färdigheter i synnerhet som är mest korrelerade med dessa cellfunktioner.”
snabbare åtgärdspotentialer och större dendriter för att ta emot och bearbeta mer synaptisk information kan verka som en liten skillnad mellan neuroner. Men eftersom vår hjärna består av nära 100 miljarder neuroner multipliceras denna effekt snabbt till en stor effekt på hjärnans beräkningspotential som helhet: ”det är ett litet steg på nivån av en enda neuron, ett jättesteg för hjärnans beräkningskraft”, säger Mansvelder.
publikation i eLife:
stora och snabba mänskliga pyramidala neuroner associerar med intelligens
författare: Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson, Johansson.
https://elifesciences.org/articles/41714 , Doi: 10.7554 / eLife.41714
kontakt:
Prof. Huib Mansvelder
[email protected]
Prof. Huib Mansvelder är chef för Institutionen för Integrativ neurofysiologi vid Free University of Amsterdam. Hans forskargrupp är ledande inom områden som singelcellsmodellering och mätningar på levande mänskliga neuroner. I HBP bidrar han till forskningsområdet Human Brain Organization, som studerar hjärnans komplexitet från nivån av genuttryck och molekyler upp till högnivåfenomenen kognition.
Se även:
okt. 9, 2018
acetylkolin förändrar snabbt lateral hämning i kortikala kretsar
i en ny publikation i Nature Communications avslöjade Huib Mansvelders team snabba effekter av neuromodulator acetylkolin på mänskliga och muskortikala neuronala nätverk. https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/acetylcholine-rapidly-alters-lateral-inhibition-in-cortical-circuits/