Ein Team von internationalen Forschern unter der Leitung der University of Cambridge und der US National Institutes of Health hat eine neue Technik verwendet, um die Konnektivität des menschlichen Gehirns mithilfe von Gehirnscans eines Magnetresonanztomographen (MRT) abzubilden und eine Korrelation zwischen den Werten zu finden von Gehirnkonnektivität und IQ.
Die Studie ist veröffentlicht in der Zeitschrift Neuron.
In letzter Zeit beteiligen sich viele Forscher daran, die Zusammenhänge im Gehirn abzubilden und zu verstehen, wie sich dies auf wichtige menschliche Verhaltensweisen wie Intelligenz und psychische Störungen auswirkt.
"Das Studium des 'Konnektoms' oder der Karte der Konnektivität des Gehirns ist entscheidend für unser Verständnis der grundlegenden neuronalen Architektur. “ Jakob Seidlitz, der leitende Forscher und Doktorand im NIH Oxford-Cambridge Stipendienprogramm.
Wie vernetzt ist dein Gehirn?
Das Team verwendete einen herkömmlichen 3T-MRT (3T zeigt die Stärke des Magnetfelds an), um Gehirnscans von 296-typischen jugendlichen Freiwilligen durchzuführen. Nachdem sie alle verglichen hatten, validierten die Forscher die Ergebnisse, indem sie Gehirnscans anderer 124-Freiwilliger verglichen.
Durch einen typischen MRT-Scan können Forscher ein einzelnes Bild des Gehirns sehen, aus dem sie die vielfältigen Strukturmerkmale des Gehirns berechnen können. Es können bis zu 10-Merkmale vorhanden sein, die jede Gehirnregion beschreiben.
Immer wenn Forscher sahen, dass zwei Hirnregionen ähnliche Eigenschaften aufwiesen, nahmen sie an, dass die Regionen ein verbundenes Netzwerk sind, und nannten es eine „morphometrische Ähnlichkeit“. Die wichtigsten Verbindungspunkte zwischen verschiedenen Regionen des Hirnnetzwerks nannten sie „Hubs“.
Unter Verwendung dieses morphometrischen Ähnlichkeitsnetzwerks (MSN) Sie konnten eine Connectome-Karte erstellen, die zeigt, wie gut die Hubs miteinander verbunden waren.
"Wir verwenden nicht-invasive Werkzeuge wie MRT, um diese Karten zu erhalten, aber es gibt immer Einschränkungen", sagte Seidlitz. "Unsere neue Methode behebt einige dieser Einschränkungen. Auf diese Weise können wir neue Erkenntnisse über die Organisation des einzelnen Gehirns gewinnen."
Die Forscher stellten fest, dass der Konnektivitätsgrad der MSNs in Hirnregionen mit Funktionen höherer Ordnung wie Problemlösung sowie Sprache und Intelligenz zusammenhängt. Je stärker die Verbindungen sind, desto höher ist der IQ der Person. Während der IQ bei den Teilnehmern unterschiedlich war, machten die MSNs rund 40 Prozent dieser Variation aus.
"Wir sahen einen klaren Zusammenhang zwischen dem ‚Hubbiness 'von Hirnregionen höherer Ordnung - mit anderen Worten, wie dicht sie mit dem Rest des Netzwerks verbunden waren - und dem IQ eines Individuums“, sagte Seidlitz in einem Aussage. "Dies ist sinnvoll, wenn Sie sich vorstellen, dass die Hubs den Informationsfluss im Gehirn ermöglichen - je stärker die Verbindungen sind, desto besser kann das Gehirn Informationen verarbeiten."
Was ein Connectome uns sagen kann
Durch diese einfache Technik der Kartierung des Gehirns können Forscher viele Dinge verstehen und erforschen. Anstatt uns auf IQ-Tests zu verlassen, können wir zum Beispiel die Intelligenz einer Person besser untersuchen, indem wir das Konnektom betrachten, das durch die MRT-Gehirnscans der Person erstellt wurde.
Die Forscher hoffen auch, mithilfe der Gehirnkonnektivität zu verstehen, wie die Symptome von psychischen Störungen, wie Angstzuständen und Depressionen, auf Unterschiede in der Konnektivität im Gehirn zurückzuführen sind.
"Die Ergebnisse ... legen nahe, dass die individuelle Intelligenz teilweise aus dem Konnektivitätsprofil des Gehirns dieser Person resultiert", sagte Seidlitz. "Wir hoffen, dass diese Ergebnisse einen Proof-of-Concept liefern, dass sich die Morphometric Similarity Networks (MSNs) nicht nur auf die Anatomie, sondern auch auf Verhaltenskonstrukte beziehen."
Mit dem in Cambridge neu installierten und wesentlich leistungsstärkeren Siemens 7T Terra-MRT will das Team das menschliche Gehirn noch genauer abbilden. Das Team plant, die Studie fortzusetzen, um zu verstehen, warum einige Gehirne mehr miteinander verbunden sind als andere.
"Was uns das allerdings nicht sagt, ist, wo genau diese Variante herkommt", sagte Seidlitz in einem Aussage. „Was macht manche Gehirne vernetzter als andere - liegt es zum Beispiel an ihrer Genetik oder an ihrer Erziehung? Und wie stärken oder schwächen sich diese Verbindungen über die Entwicklung hinweg? “
Seidlitz plant, die Methode auf Personen mit gehirnbedingten Störungen auszudehnen und auf einige klinische Datensätze anzuwenden.
