Нейроны и интеллект

1.

2.

3.

ГИПОТЕЗА
Вариация морфологии нейронов связана с
разницей в их функционировании, скоростью
генерации потенциала действия, передачей
информации и объясняет вариацию показателей
теста IQ
?

4.

Дизайн эксперимента
46 человек
Статистический анализ:
Коэффициент корреляции Пирсона и
линейная или
регрессия – определение
Корреляция между параметрами клеток
между параметрами;
показателями IQ и историей болезниразличия
пациентов,
а
• t-критерий Стьюдента – анализ данных
также с возрастом - отсутствовала.
ПД;
• ANOVA – для анализа различия
параметров в разных группах пациентов.
N=46
N=35
N=25
N=31
129 нейронов 72 нейрона

5.

Одобрение исследования
медицинским этическим комитетом
«All procedures were performed with the approval of the
Medical Ethical Committee of the VU University Medical
Centre, and in accordance with Dutch license procedures
and the Declaration of Helsinki. Written informed
consent was provided by all subjects for data and tissue
use for scientific research. All data were anonymized»

6.

Дизайн эксперимента
Общий балл теста
WAIS-III или WAIS-IV
(11 субтестов)
Тест проведен до за 1 неделю до
операции
Интерпретация: более высокий
балл характеризует более
высокий уровень интеллекта

7.

Дизайн эксперимента
Статистический анализ:
Коэффициент корреляции Пирсона и
линейная регрессия – определение
различия между параметрами.

8.

МРТ
• T1-взвешенные изображения (толщиной
в 1 мм) при помощи системы 3T MR
(Signa HDXt, General Electric, Milwaukee,
Wisconsin)
• количество слоев = 170–180
• Реконструкция коры и определение
объемных показателей: Freesurfer image
analysis suite (http://freesurfer.net)
• Коррекция
и
картирование
в
пространстве Талаираха
• Выделение
и
название
нейроанатомических
участков
по
Destrieux cortical atlas.
• Для подсчета толщины коры были
выбраны участки височной доли на
основе данных Destrieux cortical atlas
• Толщина коры измерялась от вершины
границы между серым и белым
веществом до вершины границы между
серым веществом и ликвором

9.

Есть ли корреляция между
толщиной коры височной доли и
IQ?

10.

МРТ
Положительная корреляция
толщины коры с показателями IQ
положительная связь подтвердилась

11.

(BSC) The Brain/Tissue Slice Chamber
System
Есть ли взаимосвязь между толщиной
коры височной доли и размером
30 минут при 34 С
дендритов?
0

12.

Дизайн эксперимента
Статистический анализ:
Коэффициент корреляции Пирсона и
линейная регрессия – определение
различия между параметрами.

13.

Анализ морфологии нейронов
Поля Бродмана
Состав aCSF в mM: 110 choline chloride, 26
NaHCO3, 10 D-glucose, 11.6 sodium ascorbate,
7 MgCl2, 3.1 sodium pyruvate, 2.5 KCl, 1.25
NaH2PO4, and 0.5 CaCl2 (300 mOsm)
(BSC) The Brain/Tissue Slice Chamber
System
30 минут при 340С
• Фиксация срезов: 4% параформальдегид, исследуемые
клетки заполнили 3,3-диаминобензидин (DAB)
тетрагидрохлоридом и визуализировали при помощи
авидин-биотин-пероксидазного метода.
• Толщина срезов 350 микрон. Стекла закапывали мовиолом.
• Для реконструкции: Neurolucida software и a × 100 oil
objective.
• Использовали только нейроны с полностью воссозданной
структурой дендритов, образцы с повреждениями или
неполными отростками не использовали.
• Поверхностные пирамидальные нейроны
идентифицировали на основе морфологических и
электрофизиологических критериев на глубине в 400-1400
микрон от поверхности коры.
• Для каждого нейрона была рассчитана полная длина
дендритов (TDL) и количество ветвлений.
• Для каждого человека было рассчитано среднее значение
из данных 1-10 нейронов.

14.

Анализ морфологии нейронов
a) Положительная корреляция между
TDL и IQ показателем
b) Нет корреляции между глубиной
залегания
пирамидальных
нейронов и толщиной коры
c) TDL и d) количество ветвлений
дендрита позитивно коррелируют с
IQ одного и того же человека
Более сложные пирамидальные
нейроны коры височной доли могут
обуславливать формирование более
толстого слоя коры и коррелировать с
более высоким интеллектом

15.

Отличается ли передача информации у разных
людей из-за разницы в TDL?

16.

Дизайн эксперимента
Статистический анализ:
Коэффициент корреляции Пирсона и
линейная регрессия – определение
различия между параметрами;
t-критерий Стьюдента – анализ данных
ПД;
ANOVA – для анализа различия
параметров в разных группах пациентов.

17.

Моделирование
Модель «Ходжкина и Хаксли»
Цилиндрический аксон (1 мкм в диаметре)
соединен с сомой, содержащей 50 мкм аксональный
холмик. Миелиновая часть – 1 мм длинной.
Симуляция в программе NEURON v.7.5.
Мембрана содержала быстрые
медленные калиевые каналы.
натривые
и
Потенциал покоя −70.5±0.02 mV.
Синусоидный входной ток подавался на сому в
течение 120 с.
I1 - амплитуда
F (1–1’000 cycle/s) – частота
I0 – базовая амплитуда
Inoise – случайная флуктуирующая величина (шум)

18.

Моделирование

19.

Моделирование
Нейроны с более длинными дендритами могут как
количественно, так и качественно лучше передавать
информацию (быстрее и больше)

20.

Происходит ли генерация потенциала действия
у людей с высоким IQ быстрее?

21.

Дизайн эксперимента
Статистический анализ:
t-критерий Стьюдента – анализ данных
ПД.

22.

Patch-clamp
За 30 минут до электрофизиологических исследований
нейронов, образцы гистологических тканей инкубировались
при комнатной температуре.
Перед
записыванием
токов
микротомированные
гистологические образцы просматривали при помощи
дифференциальной
интерференционно-контрастной
микроскопии
Запись токов с использованием Multiclamp 700A/B
амплификатора на частотах в 10-50 кГц (шаг в токах 30-50 пА)
с фильтрацией низких частот в области 10-30 кГц.
Для визуализации и анализа кривых использовали pClamp и
скрипты в Матлабе.
Раствор в пэтч-пипетке (3–5 MOhms) в mM:
110 K-gluconate; 10 KCl; 10 HEPES; 10 K-phosphocreatine; 4
ATP-Mg; 0.4 GTP, pH adjusted to 7.3 with KOH; 285–290 mOsm,
0.5 mg/ml biocytin.
T = 32–35 °C.

23.

Patch-clamp
Cравнивали ПД между
группами людей
с IQ ниже и выше 100
IQ < 100 у 21 субъектов,
IQ > 100 у 10 субъектов

24.

Patch-clamp
У людей с IQ больше 100
замедление ПД при большей
частоте импульсов происходит
медленнее

25.

Результаты
1. Показатели IQ положительно коррелируют с толщиной коры
височной доли
2. Показатели IQ положительно коррелируют со структурой
дендритов пирамидальных нейронов височной коры
3. В больших дендритах потенциал действия быстрее и их
кодирующие свойства лучше
4. Высокие показатели IQ связаны с более быстрой генерацией
потенциала действия

26.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!