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關(guān)注丘腦大叔視頻號

參與“人腦計(jì)劃”的科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)，大腦細(xì)胞的大小與智商水平之間存在直接關(guān)聯(lián)。他們在《eLife》雜志上發(fā)表的研究指出，大腦顳葉中更大的神經(jīng)元能夠更快速地產(chǎn)生電信號，這與更快的信息處理速度以及標(biāo)準(zhǔn)智商測試中的智力評分相關(guān)。

大腦通過近1000億個(gè)神經(jīng)元的活動來運(yùn)作，每個(gè)神經(jīng)元通過電信號收集、處理和傳遞信息。然而，直到現(xiàn)在，我們對這些細(xì)胞的特性差異如何影響人類的智力和認(rèn)知能力知之甚少。

有證據(jù)表明，神經(jīng)元的樹突（即神經(jīng)元通過其長分支接收來自其他細(xì)胞的信號）的大小可能起著重要作用，尤其是在整合不同類型信息的大腦區(qū)域，如額葉和顳葉，這些區(qū)域的神經(jīng)元樹突更為龐大。在這些區(qū)域中，智商較高的人通常擁有更厚的皮層。理論研究也預(yù)測，較大的樹突可能有助于神經(jīng)元更快速地發(fā)出電信號。

然而，由于活體神經(jīng)元難以獲取，關(guān)于這些細(xì)胞特性是否真的與人類智力相關(guān)，直到現(xiàn)在依然沒有明確答案。

阿姆斯特丹自由大學(xué)的基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)家與阿姆斯特丹大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的神經(jīng)外科醫(yī)生及臨床心理學(xué)家合作，終于能夠探討“更聰明的大腦是否配備了更大、更快速的神經(jīng)細(xì)胞”。“這項(xiàng)研究首次從單細(xì)胞視角，建立了細(xì)胞特性與人類智力之間的關(guān)聯(lián)，”資深作者、參與“人腦計(jì)劃”的細(xì)胞神經(jīng)科學(xué)專家Huib Mansvelder教授解釋道。

荷蘭的研究團(tuán)隊(duì)研究了46名因腦腫瘤或癲癇需要手術(shù)的患者。每位患者在手術(shù)前都接受了智商測試。為了進(jìn)入大腦深處的病變部位，外科醫(yī)生通常需要切除未受損的顳葉小樣本，這些樣本中仍然含有可供科學(xué)家研究的活細(xì)胞?？茖W(xué)家們在實(shí)驗(yàn)室里測量了這些細(xì)胞的大小、樹突的復(fù)雜度及其電信號（即動作電位），并將這些數(shù)據(jù)與智商分?jǐn)?shù)進(jìn)行了比較。

方法概述：科學(xué)家能夠從人類受試者身上收集到包括單細(xì)胞生理學(xué)、神經(jīng)元形態(tài)學(xué)、核磁共振成像和智商測試分?jǐn)?shù)在內(nèi)的豐富數(shù)據(jù)集。藍(lán)色區(qū)域顯示的是皮層厚度測量位置，黑色方塊則是切除皮質(zhì)組織的典型來源。研究發(fā)現(xiàn)，智商較高的人的神經(jīng)元具有更長、更復(fù)雜的樹突和更快的動作電位，尤其是在神經(jīng)活動增加的情況下。通過計(jì)算模型，科學(xué)家們還證實(shí)，擁有更大樹突和更快電信號的神經(jīng)元能夠處理更多的輸入信息，并將更細(xì)致的信息傳遞給其他神經(jīng)元。

“傳統(tǒng)上，人類智力的研究主要集中在三個(gè)領(lǐng)域：腦成像研究，大腦結(jié)構(gòu)和功能的研究；遺傳學(xué)研究，尋找與智力相關(guān)的基因；以及行為心理學(xué)的研究，”Huib Mansvelder教授解釋道。行為心理學(xué)研究表明，智商較高的人通常反應(yīng)速度更快。此次研究為這一關(guān)聯(lián)提供了細(xì)胞層面的解釋，并將不同研究方法的成果結(jié)合起來，揭示了已識別的智力基因如何促進(jìn)智商較高人群的大腦皮層厚度、神經(jīng)元數(shù)量增加，以及反應(yīng)時(shí)間加快。

因此，這項(xiàng)研究將大腦的各個(gè)組織層面——從細(xì)胞功能到神經(jīng)回路，再到行為——聯(lián)系了起來?！斑@也是我們與‘人腦計(jì)劃’其他神經(jīng)科學(xué)學(xué)科合作伙伴共同努力的目標(biāo)之一，旨在將不同層面的大腦知識整合起來，”這位科學(xué)家表示。后續(xù)研究也在規(guī)劃中?！坝捎谥巧谭?jǐn)?shù)是通過一系列測試得出的，我們現(xiàn)在有機(jī)會深入分析這些數(shù)據(jù)，探索哪些技能與這些細(xì)胞特征的關(guān)聯(lián)最為密切。”

盡管更快的電信號和更大的樹突似乎只是神經(jīng)元之間的小差異，但由于大腦中有近1000億個(gè)神經(jīng)元，這一效應(yīng)在整體上呈倍增效應(yīng)，極大地增強(qiáng)了大腦的計(jì)算潛力。正如Mansvelder所說：“單個(gè)神經(jīng)元的變化可能只是一步小小的進(jìn)步，但對大腦的計(jì)算能力來說，卻是一次飛躍。”

About the author：Prof. Huib Mansvelder

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