Warum zeigt das menschliche Gehirn eine höhere Intelligenz?

Eine neue Studie von MIT-Neurowissenschaftlern kann helfen, die Rechenleistung des Menschen zu erklären.

Quelle: ktsdesign / BigStockPhoto

Eine innovative neurowissenschaftliche Studie ist ein Durchbruch beim Verständnis der Biophysik der Rechenleistung des Gehirns. In einer kürzlich veröffentlichten Forschungsstudie, die am 18. Oktober 2018 in Cell veröffentlicht wurde , entdeckte ein Forscherteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und des Massachusetts General Hospital unterschiedliche Merkmale des menschlichen Neurons, die erklären könnten, warum menschliche Gehirne stärker sind als andere Spezies.

Der menschliche Kortex ist im Allgemeinen der dickste unter Säugetieren, was darauf hindeutet, dass menschliche Neuronen eher längliche und kompartimentierte Dendriten haben. Dendriten sind die langen Äste, die sich von einem Neuron erstrecken, das als Träger elektrischer Signale von der Synapse (dem Raum zwischen den Enden der Nervenzellen) zum Zellkörper des Neurons dient. In der Studie beobachteten die Wissenschaftler die einzigartige Art und Weise, wie elektrische Signale von den Dendriten menschlicher Neuronen im Vergleich zu Nagetierneuronen verarbeitet werden.

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Ein großer Teil der Herausforderung der neurowissenschaftlichen Forschung ist die Verfügbarkeit von menschlichem Gewebe für Experimente. Daher wird hauptsächlich an Labornagern geforscht. Daher ist es ungewöhnlich, wenn eine Forschungsstudie zu menschlichem Hirngewebe durchgeführt wird. In der Studie verwendeten die Neurowissenschaftler ex vivo das menschliche Gehirngewebe zusätzlich zu Proben von Nagetieren.

Diese Forscher nutzten das Hirnnebenprodukt der chirurgischen Behandlung für epileptische Patienten – das gesunde Hirngewebe, das entfernt werden musste, damit Chirurgen auf den erkrankten Teil zugreifen können. Die Neurowissenschaftler testeten die elektrische Aktivität von Dendriten aus diesen kleinen Anteilen des menschlichen vorderen Temporallappen-Kortex aus nicht pathologischem Gewebe von epileptischen Patienten und verglichen sie mit Nagendendriten.

In der Forschung entdeckte das Wissenschaftlerteam, dass bei der Injektion eines elektrischen Stroms in die menschlichen Dendriten mehr elektrische Kompartimentierung und geringere Ionenkanaldichten im Vergleich zu Nagetier-Dendriten vorliegen. Laut der veröffentlichten Studie „erwecken menschliche Dendriten dem Soma eine begrenzte Erregung, selbst wenn dendritische Spitzen vorhanden sind.“ Durch die Kompartimentierung werden die Input-Out-Eigenschaften menschlicher Neuronen verändert, was auch für unsere verstärkten kognitiven Fähigkeiten eine Rolle spielen kann.

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“In menschlichen Neuronen gibt es mehr elektrische Kompartimente, was dazu führt, dass diese Einheiten ein bisschen unabhängiger sind, was möglicherweise zu einer Erhöhung der Rechenleistung einzelner Neuronen führt.” – Mark Harnett, McGovern Institute for Brain Research des MIT

Die Forscher zeigen, dass “sowohl die resistive als auch die kapazitive Filterung aufgrund ihrer längeren Länge in menschlichen Neuronen ausgeprägter ist und auf das Fehlen kompensatorischer Mechanismen schließen lässt.” das gesamte Geheimnis des menschlichen Gehirns aufzuklären.

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Verweise

Beaulieu-Laroche, Lou; Toloza, Enrique HS; van der Goes, Marie-Sophie; Lafourcade, Mathieu; Barnagian, Derrick; Williams, Ziv M .; Eskandar, Emad N .; Frosch, Matthew P .; Cash, Sydney S .; Harnett, Mark T .. ”Verbesserte dendritische Kompartimentierung in menschlichen kortikalen Neuronen.” Cell . 18. Oktober 2018.