лекции ПСИХОГЕНЕТИКА. Лекции ПСИХОГЕНЕТИКА. Предмет психогенетики, его изменения в процессе развития. Место психогенетики в системе психологических знаний. (2 часа)
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
Тема 5. Генетическая психофизиология (4 часа) План Место психофизиологических исследований в общей системе психофизиологических знаний. Наследуемость в фенотипической изменчивости вегетативных реакций. КГР и ее психологические корреляты. Генетические исследования сердечно-сосудистой системы. Уровни анализа генетической информации ЦНС: клеточный (нейронный), морфофункциональный, системный. Влияние генотипа на поведение и морфофункциональный уровень. Генетическая детерминация ЭЭГ человека. Анализ ВП (зрительные и слуховые) стабильность и вариативность индивидуальных особенностей ЭЭГ в зависимости от возраста, пола и зоны регистрации параметров ЭЭГ Наследственная обусловленность типов ЭЭГ (исследования Фогеля Ф.) Основные понятия: генетическая психофизиология, вегетативные реакции, исследования Ф. Фогеля, уровни анализа генетической информации ЦНС: клеточный (нейронный), морфофункциональный, системный, энвиром, аддитивные генетические эффекты, эффекты систематической и случайной среды. Литература Малых С.Б., Егорова, М.С., Мешкова Т.А. Основы психогенетики. М.: Эпидавр, 1998 Равич-Щербо И.В. и др. Психогенетика. М., Аспект-Пресс, 1999. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. Т. 3. М., 1990. 1. Место психофизиологических исследований в общей системе психофизиологических знаний. В последние годы активно развивается генетическая психофизиология, исследующая наследственные и средовые детерминанты биоэлектрической активности мозга, КГР, показателей сердечно-сосудистой системы и т.д. Генетическая психофизиология — новая область исследований, сложившаяся на стыке психогенетики и дифференциальной психофизиологии. Принято считать, что генотипические особенности могут влиять на поведение человека и на его психику лишь постольку, поскольку они влияют на морфо-функциональные характеристики, являющиеся материальным субстратом психического. Именно поэтому главная задача генетической психофизиологии — изучение взаимодействия наследственной программы развития и факторов окружающей среды в формировании структурно-функциональных комплексов центральной нервной системы (ЦНС) человека и других физиологических систем организма, которые участвуют в обеспечении психической деятельности. 2. Наследуемость в фенотипической изменчивости вегетативных реакций В большинстве исследований в области генетической психофизиологии традиционно рассматриваютя отдельные показатели ЭЭГ, КГР и т.п. или группы показателей, отражающие какую-либо предполагаемую скрытую переменную, например свойства нервной системы. В исследовании X. Джоста и Л. Зонтаг участвовали 16 пар МЗ близнецов, 54 пары сибсов и 1000 пар неродственников. В нем впервые была показана генетическая обусловленность комплексной характеристики, названной авторами «автономным балансом». Эта характеристика была получена методом факторизации нескольких параметров вегетативных функций и включала частоту дыхания и пульса, кровяное давление и потоотделение. В исследовании П. Звольского с коллегами изучались психофизиологические характеристики близнецов (15 пар МЗ и 19 пар ДЗ) в условиях ориентировочной реакции и в стрессогенных ситуациях, которые создавались специально по ходу эксперимента путем предъявления сильных и/или неприятных стимулов. Анализировались частоты пульса, дыхания, моргания, а также КГР. В этой работе была показана высокая степень генетической обусловленности таких показателей, как ЧСС, частота дыхания (ЧД), а также КГР. Однако исследователи использовали весьма примитивную статистическую обработку, которая сводилась к оценке наследуемости отдельных физиологических показателей, что не дало им возможности выделить обобщенные «вторичные» показатели вегетативного реагирования на стресс и оценить меру их наследуемости. В экспериментальном исследовании Б.И. Кочубея изучалась природа индивидуальных особенностей двух реакций: ориентировочно-исследовательской и ориентировочно-оборонительной. При этом объектом анализа служили признаки двух уровней: единичные показатели и обобщенные характеристики. Первому уровню принадлежали следующие показатели: амплитуды ВП на звуки 80 и 105 дБ, амплитуды КГР, ЧСС, а также показатели интенсивности привыкания ВП и вегетативных реакций. Оценка и анализ этих показателей проводился традиционными методами. Для получения обобщенных показателей использовался факторный анализ (метод главных компонент), позволящий из всей совокупности коррелятивно связанных показателей выделить некоторые их группы (факторы), относящиеся к одной и той же латентной переменной. Затем с помощью специальной статистической процедуры получали индивидуальные значения не по отдельным признакам, а по целостному фактору, т.е. характеризующие индивидуальный уровень данной латентной переменной в целом. Они-то и принадлежали ко второму уровню признаков. Всего было выделено 13 главных факторов. Из них фактор I содержал большую часть характеристик КГР, фактор II — характеристики компонентов W100 и Р0 слуховых ВП. Фактор III отражал индивидуальную нестабильность (аритмичность) сердечного ритма. Эти три фактора в сумме ответственны за 43% дисперсии совместно изменяющихся (ковариирующих) признаков. Используемые в психофизиологиии показатели функционирования ЦНС и автономной нервной системы обнаруживают значительные индивидуальные различия. При соблюдении постоянства условий регистрации эти показатели отличаются хорошей воспроизводимостью, что позволяет изучать роль факторов генотипа в происхождении их межиндивидуальной вариативности. Получены данные, свидетельствующие о существенном влиянии генотипа на изменчивость параметров работы сердечно-сосудистой системы и электрической активности кожи. Однако в большинстве случаев эти исследования включали небольшие контингенты испытуемых. Кроме того, нередко в них применялись статистические методы, позволяющие только констатировать влияние наследственных факторов. Лишь в последние годы стали появляться исследования, в которых на обширном статистическом материале используется метод структурного моделирования, позволяющий более надежно изучать соотношение генетических и средовых влияний в популяционной дисперсии физиологических показателей. Предложен также новый подход к изучению генетического вклада в изменчивость психофизиологических реакций, в соответствии с которым объектом генетического исследования выступают не отдельные показатели, а системные психофизиологические процессы на уровне организма как целого. 3. КГР и ее психологические корреляты. Изучение кожно-гальванической реакции (КГР) впервые началось в конце XIX в., когда французский невропатолог К.Фере и российский физиолог И.Р. Тарханов зарегистрировали: первый — изменение сопротивления кожи при пропускании через нее слабого тока, второй — разность потенциалов между разными участками кожи. Электрическая активность кожи обусловлена главным образом активностью так называемых эккринных потовых желез в коже человека, которые находятся под контролем симпатической нервной системы. Главная функция этих желез — терморегуляция. Однако эккринные железы, расположенные на ладонях и подошвах ног, а также на лбу и под мышками, реагируют в основном на экстренные внешние раздражители и стрессогенные воздействия, поэтому КГР, как правило, регистрируют с кончиков пальцев или ладоней. В психофизиологии электрическую активность кожи используют как показатель «эмоционального» потоотделения. КГР возникает также в ответ на изменения во внешней среде (как компонент ориентировочной реакции) и имеет большую амплитуду при большей неожиданности, значимости и интенсивности стимула. При повторных предъявлениях стимула КГР постепенно снижается, этот процесс называется привыканием. Но подлинная природа КГР до сих пор неясна. Амплитуда и скорость привыкания КГР имеют высокую межиндивидуальную вариативность и при соблюдении постоянства условий регистрации обнаруживают относительно высокую воспроизводимость, что позволяет исследовать роль генотипа в межиндивидуальной дисперсии данных показателей. Первые исследования роли факторов генотипа в происхождении индивидуальных особенностей КГР проводились в 60—70-х годах. Их результаты оказались противоречивыми. Так, С. Ванденберг и его коллеги не выявили достоверных различий МЗ и ДЗ близнецов по амплитуде КГР на разные стимулы. У. Хьюм, изучая наследуемость параметров КГР на звуки и холодовое воздействие, обнаружил умеренный вклад наследственных влияний в изменчивость амплитуды и скорости привыкания КГР на звук 95 дБ, Для тех же параметров КГР на холодовое воздействие влияний генотипа установить не удалось. Тем не менее по мере накопления данных становилось все очевиднее, что индивидуальные параметры КГР относятся к числу генетически обусловленных характеристик. В целом ряде исследований было установлено: МЗ близнецы по сравнению с другими парами близких родственников имеют более высокое внутрипарное сходство по таким показателям КГР, как амплитуда, латентный период и скорость привыкания, что дало основание говорить о влиянии генотипических факторов на межиндивидуальную изменчивость и этих показателей, и реакции в целом. МЗ близнецы также более схожи, чем ДЗ, по показателям времени восстановления КГР после воздействия и скорости роста КГР до максимального значения. Наиболее полное генетическое исследование КГР было проведено Д.Ликкеном с соавторами. Параметры КГР на громкие звуковые стимулы исследовались на большой выборке близнецов, часть которых с раннего детства воспитывалась в разных семьях. Анализировались следующие показатели: максимальная амплитуда КГР, средняя амплитуда КГР в первых четырех пробах, показатели снижения амплитуды по мере привыкания и ряд других. При этом учитывались не только абсолютные значения амплитуды КГР, но и относительные, которые определялись как частное от деления амплитуды каждой отдельно взятой реакции данного испытуемого к максимальному значению амплитуды, зафиксированной у него через 3 с после первого предъявления звукового сигнала интенсивностью 110 дБ. Было обнаружено, что дисперсия параметров КГР в значительной степени обусловлена генотипом. Коэффиценты корреляции, характеризующие внутрипарное сходство МЗ близнецов, превышали оценки внутрииндивидуальной стабильности КГР. Воспроизводимость параметров КГР характеризуется коэффициентами корреляции от 0,5 до 0,6. Иначе говоря, сходство КГР у МЗ близнецов оказалось даже выше, чем сходство КГР у одного и того же человека при повторных регистрациях. У ДЗ близнецов аналогичные коэффициенты были значительно ниже. Причем наиболее значительные различия были получены для абсолютных показателей, в этом случае сходство ДЗ близнецов было намного ниже, чем МЗ. Подобная разница позволяет относить абсолютные значения параметров КГР к категории признаков, которые Д. Ликкен назвал эмерджентными. Они определяются не семейным сходством, а уникальными особенностями сочетания генов конкретного генотипа. При использовании относительных значений сходство МЗ близнецов примерно в два раза превышало сходство ДЗ, что свидетельствует об аддитивном действии генов. С точки зрения авторов, различия в характере генетических влияний — эмерджентный для абсолютных - аддитивный для относительных оценок амплитудных параметре КГР — обьясняются разной природой данных показателей. При этом подразумевается, что абсолютная амплитуда КГР определяется болшим числом факторов и отражает не только реактивность ЦНС на внешнее воздействие, но и некоторые побочные эффекты (например, она зависит от числа потовых желез в месте приложения электрода и др.). При вычислении относительных величин посторонние влияния исключаются, что и приводит к изменению соотношения компонентов наследуемости. Таким образом, индивидуальные параметры КГР (показатели времени восстановления КГР после воздействия, скорость роста КГР до максимального значения, амплитуда, латентный период и скорость привыкания), относятся к числу генетически обусловленных характеристик. 4. Генетические исследования сердечно-сосудистой системы. Показатели работы сердечно-сосудистой системы используются в психофизиологии как источник информации об изменениях, происходящих в организме в связи с различными психическими процессами и состояниями. Индикаторы активности сердечно-сосудистой системы включают: 1. частоту сердечных сокращений (ЧСС); силу сокращений сердца, т.е. силу, с которой сердце накачивает кровь; 2. минутный объем сердца — количество крови, проталкиваемое сердцем в одну минуту; артериальное давление (АД); 3. региональный кровоток — показатели локального распределения крови. В целом ряде исследований, выполненных на близнецах, было показано влияние генотипа на индивидуальные особенности ЧСС, а также давления крови в состоянии покоя и при различных нагрузках. По данным разных авторов, оценки наследуемости ЧСС и кровяного давления варьируют в широких пределах: для показателей ЧСС от 0 до 70%, для показателей давления от 13 до 82% (систолического) и от 0 до 64% (диастолического), составляя в среднем 50%. Степень наследственной обусловленности показателей кровяного давления, по-видимому, может изменяться с возрастом: отмечается тенденция к снижению влияния наследственных факторов на уровень диастолического давления у взрослых при переходе от молодого к зрелому возрасту (от 68 к 38%), что происходит за счет увеличения влияния несистематической среды. Вероятно, существуют также половые различия в наследуемости показателей систолического и диастолического давления, но однозначно определить характер этой зависимости пока не представляется возможным. Ввиду того, что показатели работы сердечно-сосудистой системы существенно и закономерно изменяются в условиях деятельности, особый интерес представляют исследования природы межиндивидуальной дисперсии реактивных изменений ЧСС, давления и других показателей такого рода, точнее их изменений, которые возникают в ходе выполнения различных задач. Одно из наиболее развернутых исследований в этом плане было проведено Е.И. Соколовым с соавторами. У 24 пар МЗ близнецов и 19 пар ДЗ они регистрировали показатели давления (систолического, диастолического и общего), ЧСС, а также показатели кровенаполнения сосудов головного мозга (реографический индекс). Перечисленные показатели регистрировались в трех экспериментальных ситуациях: покое, при психоэмоциональной нагрузке и через 10 мин после нее. Нагрузка — интеллектуальная деятельность в условиях дефицита времени с действием отвлекающего раздражителя (свет, звук). В то же время отмечаются существенные различия в изменениях показателей наследуемости систолического и диасто-лического давления в зависимости от состояния организма. Для систолического давления Н в покое составляет 0,47, при нагрузке — 0,81, после нагрузки — 0,79; для диастолического — соответственно 0,73; 0,77; 0,53. Поскольку уровень давления крови при нагрузке достоверно повышался, то можно считать, что изменчивость всех компонентов, определяющих величину систолического давления крови при эмоциональном напряжении, детерминируется генетическими факторами. Наследуемость механизмов диастолического давления не обнаруживает столь значительной связи с функциональным состоянием организма, оставаясь высокой и в покое, и при нагрузке. Наряду с этим в некоторых исследованиях не обнаружено столь отчетливых различий наследуемости давления крови, характерного для покоя и функциональной нагрузки. Примером служит исследование Д. Бумсма с соавторами, в котором изучалась природа межиндивидуальной вариативности уровня давления крови в зависимости от на ряженности ситуации. Давление регистрировали у 160 пар близнецов в возрасте 14—21 года в покое и при выполнении задач, включающих регистрацию времени реакции и вычисления в уме. Результаты получились неоднозначными. Оценка наследуемости уровня систолического и диастолического давления у жен-шин была выше при нагрузках, у мужчин же увеличение наследуемости наблюдалось только для систолического давления. Более того, диастолическое давление мужчин при нагрузках зависело от генотипа в меньшей степени, чем в покое. В состоянии покоя в изменчивости систолического давления у обоих полов и диастолического давления у женщин наблюдалось влияние систематической среды, однако при функциональных нагрузках это влияние снижалось. Многомерный дисперсионный анализ данных позволил заключить, что и в покое, и при функциональных нагрузках природа генетических и средовых влияний остается неизменной. В целом ряде работ было обнаружено большее сходство реактивных изменений частоты сердечных сокращений в ответ на сенсорные стимулы и при нагрузках в парах МЗ близнецов по сравнению с ДЗ. В связи с этим широкое распространение получило мнение, что межиндивидуальная вариативность показателей частоты сердечных сокращений (ЧСС) при максимальной нагрузке зависит от наследственных факторов, тогда как индивидуальные особенности ЧСС в покое зависят, как правило, от факторов среды. Наряду с этим, однако, имеются и противоположные наблюдения. Следует учитывать, что сама по себе динамика ЧСС при выполнении заданий разного рода имеет неоднозначный характер. При предъявлении задания и в ходе его выполнения возможно как ускорение, так и замедление ЧСС. Для ориентировочной реакции характерно замедление сердечного ритма. Оно обусловлено действием блуждающего нерва (парасимпатическая система), а психологическим выражением соматических эффектов является «обращенность» человека вовне. Для оборонительной реакции, наоборот, характерно учащение ритма, обусловленное симпатической активацией. Оно свидетельствует об установке испытуемого на избегание стимула. По данным Б.И. Кочубея, стимул 80 дБ вызывал уменьшение ЧСС, а при привыкании ориентировочной реакции наблюдалось относительное учащение ритма. Звук 105 дБ, напротив, сопровождался увеличением ЧСС, а при его повторении отмечалось относительное снижение ЧСС. Значительный вклад генетических факторов наблюдался при увеличении ЧСС в ответ на тон 105 дБ (оборонительная реакция — ОбР) и отсутствовал в изменениях ЧСС в ответ на тон 80 дБ (ориентировочная реакция — Ор). Величина привыкания, наоборот, была обусловлена генотипом только при тоне 80 дБ. Таким образом, генетические влияния наблюдались в ситуациях, когда ведущую роль играла симпатическая регуляция сердечного ритма (угашение Ор и первая реакция при ОбР), тогда как в ситуациях, характеризующихся преобладанием парасимпатических влияний, вариативность ЧСС определялась преимущественно средовыми влияниями. При изучении деятельности автономной нервной системы используются показатели, отражающие взаимодействие и меру согласованности в работе сердечно-сосудистой и дыхательной систем организма. Одним из таких показателей является респираторная синусная аритмия (РСА). Она отражает циклические изменения ЧСС, сопровождающие дыхание. ЧСС обычно увеличивается при выдохе и уменьшается при вдохе. Чем больше амплитуда изменения ЧСС, тем выше РСА. Считается, что высокий уровень РСА свидетельствует о хорошем контроле ЧСС со стороны парасимпатической нервной системы (вагусный контроль). Выраженный вагусный контроль ЧСС и, следовательно, высокая РСА рассматриваются как признак хорошей регуляции в деятельности сердечно-сосудистой и автономной нервной систем. Д. Бумсма с коллегами исследовали влияние средовых и генотипических факторов на межиндивидуальную вариативность РСА в покое и при выполнении задач двух типов — на время реакции и вычисления в уме. Методом подбора моделей было установлено, что при выполнении задач приблизительно 50% общей дисперсии объяснялось генетическими факторами, тогда как в покое — около 25%. Описанию данных более всего соответствовала генотип-средовая модель, включающая случайный средовой и аддитивный генетический компоненты дисперсии. Влияния систематической среды на дисперсию РСА обнаружено не было. Было также установлено, что дисперсия РСА в покое и при выполнении задач имеет общую генетическую основу, т.е. определяется действием одних генетических факторов. В работе эстонских исследователей на большой выборке близнецов (153 пары) была установлена наследственная обусловленность деятельности систем кровообращения и дыхания лишь в условиях больших физических нагрузок. В состоянии покоя и при умеренных усилиях средовые влияния преобладали над генотипическими. Было также установлено значительное влияние факторов генотипа на межиндивидуальную вариативность некоторых параметров кровообращения и максимального потребления кислорода (МПК) при выполнении спортивных движений. Исследования МПК оказываются наиболее интересными. Этот показатель (от которого в решающей мере зависит успешность в циклических видах спорта) одинаков в разных этнических группах, не меняется в онтогенезе, мало тренируется и оказывается высоко генетически детерминированным]. Если учесть, что спортсмены международного класса имеют показатели МПК, значительно превышающие их среднепопуляционную величину, то, по-видимому, индивидуальный уровень МПК может служить информативным признаком при прогнозировании спортивной успешности. Так, можно сделать вывод о существовании разных точек зрения на наследуемость показателей сердечно-сосудистой системы. 5. Уровни анализа генетической информации ЦНС: клеточный (нейронный), морфофункциональный, системный. При изучении строения и работы ЦНС как относительно самостоятельные выделяются следующие уровни анализа: клеточный, морфофункциональный и системный. Каждый уровень имеет собственные объекты исследования и изучает присущие этим объектам закономерности функционирования. Соответственно вопрос о роли генотипа в формировании ЦНС также должен рассматриваться применительно к трем перечисленным уровням. Первый связан с генетической детерминацией функций клеточных элементов и нервной ткани, второй — морфологических и функциональных особенностей отдельных образований, из которых состоит головной мозг, третий — организации функциональных систем, лежащих в нейронном уровне. 1. НЕЙРОННЫЙ УРОВЕНЬ «Строительные блоки» нервной системы — нервные клетки (нейроны). Главной особенностью нейронов является способность наружной мембраны генерировать нервные импульсы и через особое образование — синапс — передавать информацию от одного нейрона к другому. Импульс передается через синапс с помощью особых биохимических веществ-посредников (медиаторов). Синапсы и медиаторы могут быть как возбуждающие, так и тормозные. Предположительно мозг человека содержит 10й нейронов, причем по своей организации и функциональному назначению нервные клетки обнаруживают чрезвычайное разнообразие. Нейроны химически, морфологически и функционально специализированы. Как и любая живая клетка, каждый нейрон в ЦНС реализует генетически обусловленную программу жизнедеятельности, выполняя предназначенные ему задачи: обработку приходящих возбуждений и генерацию собственного ответа. Для выполнения данных задач он нуждается в ресурсах, а для пополнения ресурсов (запасов нейроактив-Hbix веществ, «расходующихся» в процессах жизнедеятельности) необходим определенный уровень их синтеза. Принято считать, что все эти процессы находятся под контролем генотипа. По современным представлениям, функциональная специализация нейронов складывается на молекулярно-генетическом уровне. Она проявляется: во-первых, в формировании особых молекулярных образований на поверхности нейрона (хеморецепторов), которые обладают избирательной чувствительностью к действующим на нейрон медиаторам и другим биологически активным веществам; во-вторых, в особенностях секреторного аппарата нейрона, который обеспечивает синтез медиаторов и соответствующих ферментов. Биохимическая специализация возникает в результате взаимодействия генетической программы нейрона и той информации, которая поступает из его внешнего окружения. Однако подобные представления в значительной степени априорны, потому что конкретные генетические механизмы, контролирующие жизнедятельность нейронов и нервной системы в целом, еще далеко не изучены. По некоторым данным, в мозге экспрессируется не менее 2500 генов, но так или иначе охарактеризованы около 5% от этого числа. Каждый нейрон, имея, как и любая другая клетка, ядерный аппарат, несет в себе полную генетическую информацию о морфофункциональных особенностях организма, но в нейронах, как и в других клетках организма, активируется лишь часть генетической информации. Однако число экспрессируемых в нейронах генов резко превышает число генов, экспрессируемых в клетках других тканей организма. Мощность работы генетической информации в нейронах доказывается методом ДНК-РНК-гибридизации и путем прямого анализа синтезируемых белков. Метод ДНК-РНК-гибридизации позволяет оценить число участков ДНК, с которых в клетках данной ткани считывается генетическая информация. Для этой цели из клеток выделяется полный набор молекул информационной рНК, которые списаны с функционирующих участков ДНК, т.е. со всего набо-Ра экспрессированных генов. В смеси с полным набором ДНК из данных клеток выделенные молекулы информационной РНК вступают в комплементарные сочетания (гибридизируются) с гомологичными им участками ДНК. Определяя объем набора участков ДНК, вступающих в гибридизацию, можно судить об активности генома. Показано, что молекулы информационной РНК, выделенные из клеток соматических тканей (печень, почки), вступают в гибридизацию с относительно небольшим объемом ДНК (около 4—6%). Это свидетельствует о том, что сравнительно небольшая специализированная группа генов обеспечивает специфические особенности соматических тканей. В то же время для тканей мозга аналогичное чисд0 намного выше. По разным данным, оно колеблется в довольно широких пределах, в среднем составляя около 30%, т.е. в несколько раз больше, чем в любом другом органе. Более того, в нервных тканях разных отделов мозга, по-видимому, экспрессируется различное число генов. Есть основания полагать, что наибольший объем экспрессируемых генов характерен для филогенетически молодых отделов мозга, в первую очередь для областей коры, связанных с обеспечением специфически человеческих функций. Так, установлено, что в клетках ассоциативных зон коры больших полушарий экспрессируется приблизительно 35,6% уникальных последовательностей ДНК, а в клетках проекционных зон — 30,8%. Не исключено, что именно различия в объеме экспрессируемой генетической информации лежат в основе функциональной специализации разных отделов мозга. Одной из наиболее поразительных особенностей нервной системы является высокая точность связей нервных клеток друг с другом и с различными периферическими органами. Создается впечатление, что каждый нейрон «знает» предназначенное для него место. В процессе формирования нервной системы отростки нейронов растут по направлению к своему органу — «мишени», игнорируя одни клетки, выбирая другие и образуя контакты (синапсы) не в любом участке нейрона, а, как правило, в его определенной области. Особенно загадочной выглядит картина того, как аксонам (главным отросткам нейрона, через которые распространяются возникшие в нейроне импульсы) приходится протягиваться на значительные расстояния, изменять направление своего роста, образовывать ответвления прежде, чем они достигнут клетки-«мишени». В основе столь высокой точности образования связей лежит принцип химического сродства, в соответствии с которым большинство нейронов или их малых популяций прибретают химические различия на ранних этапах развития в зависимости от занимаемого положения. Эта дифференцированность выражается в наличии своеобразных химических меток, которые и позволяют аксонам «узнавать» либо аналогичную, либо комплементарную метку на поверхности клетки-«мишени». Предполагается также, что в этом процессе важную роль играют топографические взаимоотношения нейронов и временная последовательность созревания клеток и их связей. Согласно современным представлениям, значительную роль в процессах развития нервной ткани играет временной режим экспресси генов, тесно связанный в своих механизмах с процессами межтканевых и межклеточных взаимодействий. Считается, что именно точны сроки экспрессии специфических генов детерминируют формирование специфического соотношения определенных медиаторных или гормональных продуктов в конкретные периоды развития. Жесткая временная последовательность экспрессии генов лежит и в основе формирования морфологических особенностей мозга — структур и связей между ними. Методом ДНК-РНК-гибридизации было показано, что в онтогенезе по мере формирования нейрона возрастает объем активированной генетической информации. Данные, полученные путем гибридизации общей ДНК с молекулами информационной РНК, показали, что по мере роста усиливается активность, сложность генных эффектов в нейронах. У эмбриона человека в возрасте 22 недель в нейронах активны около 8% генов, а в нейронах взрослых — 25% и более. Еще одной важной особенностью ранних этапов развития ЦНС является генетически обусловленная избыточность в образовании количества нейронов, их отростков и межнейронных контактов. Говоря другими словами, нейронов в ходе эмбриогенеза мозга возникает значительно больше, чем это характерно для взрослого индивида. Более того, формирующиеся нейроны образуют заведомо большее, чем требуется, количество отростков и синапсов. По мере созревания ЦНС эта избыточность постепенно устраняется: нейроны, оказавшиеся ненужными, их отростки и межклеточные контакты элиминируются. Гибель (выборочная элиминация) лишних нейронов, так называемый апоптоз, служит устранению избыточных отростков и синапсов и выступает как один из способов «уточнения» плана формирования нервной системы. Кроме того, гибель нейронов ограничивает и тем самым контролирует рост числа клеток. Она необходима для установления соответствия количества клеток в популяциях нейронов, связанных друг с другом. Апоптоз — активный процесс, реализация которого требует активации специфических генов. Избыточность и элиминация нейронов выступают как два сопряженных фактора, взаимодействие которых способствует более точной координации и интеграции растущей нервной системы. У человека интенсивный и избыточный синаптогенез (образование контактов между нейронами) происходит в течение первых двух лет жизни. Количество синапсов в раннем онтогенезе значительно больше, чем у взрослых. Постепенно уменьшаясь, их число доходит до типичного для взрослых Уровня приблизительно к 7-10 годам. Сохраняются же (это существенно) именно те контакты, которые оказываются непосредственно включенными в обработку внешних воздействий, т.е. под влиянием опыта происходит процесс избирательной, или селективной, стабилизации синапсов. В силу того, то избыточная синаптическая плотность рассматривается как морфологическая основа усвоения опыта, эти данные свидетельствуют о высокой потенциальной способности к усвоению опыта детей раннего возраста. Можно полагать, что воспринимаемый благодаря этому на данном возрастном этапе опыт, образно говоря, «встраивается» в морфологию мозговых зон, в известной мере определяя их богатство, широту и разнообразие. С другой стороны, гипотеза генетического программирования предлагает, что специфическое химическое «сродство» между окончаниями аксонов и постсинаптической клеткой генетически запрограммировано и однозначно приводит к формированию стабильных межклеточных контактов и связей. Однако число синапсов ЦНС человека оценивается цифрой 1014, в то время как геном содержит лишь 106 генов. Таким образом, маловероятно, что специфичность каждого отдельного синапса программируется отдельным геном или его определенным участком. Более рациональным выглядит предположение, что одним или несколькими генами кодируется медиаторная специфичность нейронов, а их рост до органа-«мишени» контролируется одним общим регуляторным механизмом. Такой эпигенетический механизм мог бы производить тонкую настройку связей нейронной сети. Однако реальные механизмы этого процесса пока не известны. В заключение можно сказать, что исследования функций генетического аппарата нейрона и нервной системы в целом находятся в начальной стадии. Тем не менее с начала 90-х годов XX в. ведется систематическая работа по составлению всеобъемлющего каталога генов, активных в мозге человека. 2. МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ Мозг современного человека высоко дифференцирован. Он состоит из множества относительно мелких и крупных структурных образований, объединенных в ряд морфофункциональных блоков. В соответствии с данными многих экспериментальных и клинических исследований каждому из блоков приписываются разные функции. Так, в стволе и подкорковых структурах мозга локализованы центры, регулирующие витальные функции организма. Кроме того, к и функциям относятся: обеспечение тонизирующих и модулирующий влияний на разные уровни ЦНС, формирование биологических потребностей и мотиваций, побуждающих организм к действию (голод жажда и др.), а также эмоций, сигнализирующих об успехе или удаче в удовлетворении этих потребностей. Кора больших полушарий играет определяющую роль в обеспечении высших психических функций человека. В самом общем виде она (1) осуществляет прием и окончательную переработку информации, а также (2) организует на этой основе сложные формы поведения, причем первая функция связана преимущественно с деятельностью «задних» отделов коры, а вторая — с деятельностью «передних». Разные функции выполняют левое и правое полушария. Например, у «правшей» центры, управляющие ведущей правой рукой и речью, локализованы в левом полушарии. Обобщенной морфологической характеристикой мозга служит его вес. Индивидуальные различия абсолютного веса мозга взрослых людей очень велики. При средних значениях 1400—1500 г диапазон крайних индивидуальных значений (из изученных) колеблется в пределах: от 2012 г (у И.С. Тургенева) до 1017 г. (у А. Франса). Коэффициент вариативности, по обобщенным данным, составляет приблизительно 8%. У мужчин вес мозга в среднем на 200 г больше, чем у женщин. Вес мозга почти не зависит от размеров тела, но положительно коррелирует с размерами черепа. Различия по весу мозга, по-видимому, в определенной степени обусловлены генетическими факторами. Об этом свидетельствуют специально выведенные линии мышей — с «высоким» и «низким» весом мозга. У первых масса мозга приблизительно в 1,5 больше, чем у вторых. Попытки установить связь между весом мозга и успешностью обучения мышей однозначных результатов не дали. Вариабельность борозд и извилин на поверхности мозга чрезвычайно велика. Как подчеркивают морфологи, не обнаружено двух одинаковых экземпляров мозга с полностью совпадающим рисунком поверхности. Например, С.М. Блинков пишет: «Рисунок борозд и извилин на поверхности коры больших полушарий мозга у людей столь же различен, как их лица, и также отличается некоторым семейным сходством». Одни борозды и извилины, в основном наиболее крупные, встречаются в каждом мозге, другие не столь постоянны. Вариабельность борозд и извилин проявляется в их длине, глубине, прерывистости и многих других более частных особенностях. Индивидуальная специфичность характерна и для подкорковых образований, глубоких структур мозга, а также проводящих путей, соединяющих разные отделы мозга. В то же время многообразие индивидуальных различий в строении коры и других образований мозга всегда находится в пределах общего плана строения, присущего человеку. Индивидуальные различия в строении мозга дают основания для попыток связать их с индивидуально-психологическими различиями большое внимание уделялось поиску морфологических и цитоархитектонических (клеточных) оснований индивидуальных особенности умственного развития, в первую очередь одаренности. Было установлено, что вес мозга не связан с умственным развитием человека. Наряду с этим при анализе особенностей клеточного строения корь больших полушарий обнаружили, что индивидуальным особенностям психической деятельности соответствуют определенные соотношения в развитии проекционных и ассоциативных областей. Так, постмортальные исследования мозга людей, которые обладали выдающимися способностями, демонстрируют связь между спецификой их одаренности и морфологическими особенностями мозга в первую очередь — с размерами нейронов в так называемом рецептивном слое коры. Например, анализ мозга выдающегося физика А. Эйнштейна показал, что именно в тех областях, где следовало ожидать максимальных изменений (передние ассоциативные зоны левого полушария, предположительно отвечающие за абстрактно-логическое мышление), рецептивный слой коры был в два раза толще обычного. Кроме того, там же было обнаружено значительно превосходящее статистическую норму число так называемых глиальных клеток, которые обслуживали метаболические нужды нейронов. Характерно, что в других отделах мозга Эйнштейна особых отличий не выявлено. Предполагается, что столь неравномерное развитие мозга связано с перераспределением его ресурсов (медиаторов, нейропептидов и т.д.) в пользу наиболее интенсивно работающих отделов. Особую роль здесь играет перераспределение ресурсов медиатора ацетилхолина. Холинэргическая система мозга, в которой ацетилхолин служит посредником проведения нервных импульсов, по некоторым представлениям, обеспечивает информационную составляющую процессов обучения. Эти данные свидетельствуют о том, что индивидуальные различия в умственной деятельности человека, по-видимому, связаны с особенностями обмена веществ в мозге. Структурная индивидуализированность мозга, неповторимость топографических особенностей у каждого человека складывается в онтогенезе постепенно. Вопрос о том, как влияют генетические особенности на формирование индивидуализированное™ мозга, пока остается открытым. По-видимому, в формировании этих морфологических характеристик играют роль генетические факторы. Например, отмечается семейное сходство в рисунке борозд коры мозга. Кроме того, при сравнении мозга МЗ близнецов обнаружено довольно значительное сходство морфологических особенностей, причем в левом полушарии больше, чем в правом. 3. СИСТЕМНЫЙ УРОВЕНЬ В широком понимании живая система представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, которые обладают способностью к совместному функционированию и приобретению свойств, не присущих отдельным входящим в ее состав элементам. В настоящее время принято считать, что мозг представляет собой «сверхсистему», состоящую из множества систем и сетей взаимосвязанных нервных клеток и структурных образований более высокого уровня. 6. Влияние генотипа на поведение и морфофункциональный уровень Генетика поведения, область науки о поведении, основывающаяся на законах генетики и изучающая, в какой степени и каким образом различия в поведении определяются наследственными факторами. Основные методы исследования Генетика поведения на экспериментальных животных - селекция в сочетании с инбридингом (близкородственное скрещивание), при помощи которых изучаются механизмы наследования форм поведения, на человеке - статистический и генеалогический анализ в сочетании с близнецовым и цитогенетическим методами. Зависимость поведения от наследственных факторов - генное управление и контроль поведения - исследуется на различных уровнях организации живого: в биоценозах, популяциях, сообществах, на уровне организма, а также на физиологическом (орган, ткань, клетка) и молекулярном уровнях, Исследования Генетика поведения имеют существенное значение для учения об индивидуальных различиях высшей нервной деятельности и выявления относительной роли врожденных и индивидуально приобретённых особенностей поведения, для объяснения роли генетически обусловленных особенностей поведения животных в популяции (для общественных животных - в стаде, стае и т.п.), а также для создания экспериментальных моделей нервных болезней. В генетике поведения большое внимание уделяется не только поиску наследственных механизмов различных психических нарушений, но также изучению средовых факторов риска и возможностей средовых терапевтических воздействий ("средовая инженерия", по выражению Р. Пломина). В последнее время наряду с термином "геном" начал употребляться термин "энвиром" (от слова environment - среда) - понятие, включающее в себя средовые факторы риска в возникновении психических нарушений. Этим подчеркивается чрезвычайно важная роль среды в процессах развития. Смещение акцентов на более тщательные исследования среды, вероятно, позволит заменить преобладающий генетикоцентризм в отношении различных психических отклонений на более правильное понимание причин нарушений, основанное на признании неделимости и сложном взаимовлиянии наследственности и среды. Если раньше в психогенетике приоритет удерживали исследования интеллекта, то сейчас ведущее место занимает проблема роли наследственности и среды в развитии различных психических заболеваний и отклонений в поведении. 6. Генетическая детерминация ЭЭГ человека Исследование генетических детерминант психологических особенностей человека - бурно развивающаяся область генетики поведения. Основное внимание специалисты в области генетики поведения уделяют исследованию наследственной детерминации когнитивной и личностной сфер человека, тогда как особенности функционирования центральной нервной системы изучены значительно меньше. Возможность подойти к анализу деятельности мозга дают существующие в психофизиологии неинвазивные методы исследования. К ним прежде всего относится регистрация биоэлектрической активности мозга (электроэнцефалограмма, вызванные потенциалы, вызванные магнитные поля). Электроэнцефалография — метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности мозга. Описание ЭЭГ включает ряд параметров: частоту волн, их амплитуду, индекс выраженности, спектральные плотности ритмов и некоторые другие. По частоте волн различают следующие типы ритмических составляющих ЭЭГ: дельта-ритм (0,5-4 Гц); тэта-ритм (5-7 Гц); альфа-ритм (8-13 Гц) — основной ритм ЭЭГ, преобладающий в состоянии покоя; бета-ритм (15-35 Гц); гамма-ритм (выше 35 Гц). Другая важная характеристика электрических потенциалов мозга — амплитуда, т.е. величина колебаний. Амплитуда и частота колебаний связаны друг с другом. Целый ряд эмпирических данных свидетельствует о наличии определенных связей между параметрами ЭЭГ и психологическими особенностями человека. Как оказалось, различные параметры ЭЭГ связаны с широким кругом поведенческих и когнитивных характеристик, интеллектом, дислексией, нарушением способности к обучению, эмоциональностью, темпераментом и пр. Параметры ЭЭГ связаны с широким кругом поведенческих и когнитивных характеристик. Большое практическое значение имеет использование ЭЭГ в клинике для диагностики различной мозговой патологии или уточнения диагноза. ЭЭГ - индивидуально-специфичная и достаточно стабильная в течение жизни индивида характеристика. Вначале генетические исследования ЭЭГ основывались на визуальном анализе ЭЭГ. Используя метод "слепой" классификации, оценивали идентичность рисунка ЭЭГ у монозиготных (МЗ) и дизиготных (ДЗ) близнецов. Первые же исследования, проведенные в конце 30-40-х гг., показали высокое сходство общего рисунка ЭЭГ у членов МЗ пары. Как правило, различия у МЗ не превышали различий между двумя отрезками ЭЭГ одного человека, записанными в разные дни. Однако наиболее убедительные данные были получены Н.Джуель-Нильсеном и Б.Харвальдом, которые показали, что различные параметры ЭЭГ у разлученных МЗ близнецов практически идентичны. Таким образом, даже при простом визуальном анализе можно установить, что ЭЭГ МЗ близнецов более сходны, чем у ДЗ близнецов. Очевидно, что основной недостаток визуального анализа - субъективность и, как следствие, низкая надежность - может сказываться и на результатах генетического анализа. В последующие годы исследователи используют в своих работах более сложные математические способы обработки, позволяющие получить точные количественные описания ЭЭГ. Электроэнцефалограмма покоя. Систематические генетические исследования ЭЭГ проводились Ф.Фогелем. Первое же исследование было проведено на большой выборке (100 пар МЗ и 98 пар ДЗ) близнецов не только в состоянии покоя, но и при различных функциональных нагрузках (гипервентиляция, гипоксия и сон). Фиксировался ряд показателей: доминирующая частота ЭЭГ, альфа-индекс, амплитуда альфа-ритма, процент совпадения альфа-волн по фазе, регулярность альфа-ритма. Анализ количественных параметров ЭЭГ показал, что МЗ близнецы практически идентичны по показателям альфа-индекса ЭЭГ (процент времени, в течение которого в ЭЭГ наблюдается выраженный альфа-ритм), амплитуды и частоты альфа-ритма. Различия между МЗ близнецами были не больше, чем у одного и того же человека при повторной регистрации ЭЭГ. Это дало Ф.Фогелю основание для вывода о наследственной обусловленности ЭЭГ. В работе М.Камитаке исследовалась наследственная обусловленность суммарной энергии разных диапазонов ЭЭГ. Параметры всех частотных диапазонов (от 1 до 60 Гц) ЭЭГ покоя оказались наследственно обусловленными, но в разной степени; максимальные значения коэффициентов наследуемости были получены для альфа-ритма. В исследовании Дж.Янга максимальное сходство МЗ наблюдалось по показателям бета-ритма (13,5-26 Гц) - только для этого диапазона разница в уровне внутрипарного сходства МЗ и ДЗ близнецов оказалась достоверной. Интересные результаты получил Д.Ликкен с соавторам. Спектры мощности ЭЭГ оказались чрезвычайно похожими у МЗ близнецов, в отличие от ДЗ, что свидетельствует о преобладающей роли наследственных факторов в их формировании. Внутрипарные корреляции МЗ близнецов оказались высокими для всех изучавшихся показателей ЭЭГ, приближаясь по своей величине к таковым для морфологических признаков - длины и массы тела. Внутриклассовые корреляции МЗ для различных частотных диапазонов колебались от 0,76 до 0,86 в группе МЗ близнецов, а в группе ДЗ - от -0,2 до 0,15. Эти корреляции значительно ниже, чем можно ожидать, исходя из предположения об аддитивности генетических влияний. Условия регистрации ЭЭГ в исследовании Д.Ликкена несколько отличались от обычных: ЭЭГ записывалась у испытуемых в состоянии гипноза. Повторный эксперимент, проведенный в 1982 г., дал те же результаты. Для спектральной плотности практически во всех диапазонах Rмз в несколько раз превышает Rдз, а Rдз во многих случаях близок к нулю. Данный факт свидетельствует о неаддитивном типе наследования спектральных плотностей ритмических составляющих ЭЭГ. Д.Ликкен называет такие признаки, по которым сходство МЗ значительно превышает сходство ДЗ, эмерджентными (emergenic traits). Наследственная передача таких признаков обеспечивается полигенными механизмами. Для проявления определенного признака необходимо определенное сочетание нескольких генов, передающихся от родителя к потомку случайным образом. Поскольку МЗ близнецы имеют идентичный набор генов, их сходство по эмерджентным признакам также достаточно велико. Для ДЗ близнецов и других близких родственников вероятность наличия одинакового набора генов убывает в геометрической прогрессии в соответствии с увеличением числа генов, определяющих данный конкретный признак. Общий паттерн ЭЭГ обнаруживает генотипическую обусловленность не только в состоянии спокойного бодрствования. Есть данные, что и во сне, когда ЭЭГ существенно изменяется (по характеру этих изменений выделяется пять стадий сна), можно констатировать определенное влияние генотипа на общий рисунок ЭЭГ. Анализ ВП (зрительные и слуховые) стабильность и вариативность индивидуальных особенностей ЭЭГ в зависимости от возраста, пола и зоны регистрации параметров ЭЭГ Вызванные потенциалы (ВП) — биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздражение и находящиеся в строго определенной временной связи с началом его Действия. Стимулами могут служить относительно элементарные, поддающиеся количественной оценке раздражители, например, вспышка определенной интенсивности, шахматные поля с разным размером ячейки (зрительные ВП), звуковые тоны заданной частоты и интенсивности (слуховые ВП), слабые удары электрическим током известных параметров. Наряду с этим существующие способы выделения сигнала из шума позволяют отмечать в записи ЭЭГ изменения потенциала, достаточно строго связанные во времени с любым фиксированным событием, в том числе субъективным, «внутренним». Благодаря этому выделился еще один круг физиологических явлений — событийно-связанные потенциалы (ССП). Примерами их служат: колебания, связанные с активностью двигательной зоны коры больших полушарий (моторный потенциал, или потенциал, связанный с движением); потенциал, связанный с намерением произвести определенное действие (так называемая .Е-волна); потенциал, возникающий при пропуске ожидаемого стимула. Сенсорные вызванные потенциалы представляют собой последовательность позитивных и негативных колебаний, регистрируемых, как правило, в интервале 0-500 мс. Событийно-связанные потенциалы включают и поздние колебания в интервале до 1000 мс и более. Количественные методы оценки ВП и ССП предусматривают в первую очередь оценку амплитуд и латентностей. При описании их компонентного состава в большинстве случаев указывают полярность компонента (отрицательный, негативный — А/; положительный, позитивный — Р) и его порядковый номер от начала ответа или временные параметры.(Напр., позитивное колебание в интервале 300-600 мс обозначается как Р3 или Р300.) Как правило, компоненты ВП делят на экзогенные и эндогенные. Первые отражают активность специфических проводящих путей, по которым в кору поступают афферентные сигналы, и зон, в которых они обрабатываются. Вторые более тесно связаны с активностью неспецифических ассоциативных систем мозга. Длительность тех и других оценивается по-разному для разных модальностей. Например, в зрительной системе экзогенные компоненты ВП регистрируются в течение первых 100 мс с момента стимуляции. В интерпретации компонентов и параметров ВП и ССП в настоящее время широко используется понятийный аппарат информационного подхода, при котором вся совокупность реакций такого типа трактуется как отражение процессов приема и переработки информации. Влияние генотипа на параметры ВП в разных зонах коры больших полушарий.При любых условиях ВП и ССП, зарегистрированные в разных зонах коры больших полушарий, имеют свои особенности. Например, в проекционных зонах лучше выражены ранние, экзогенные компоненты, в ассоциативных, напротив, преобладают поздние, эндогенные компоненты. Эта особенность делает ВП и ССП незаменимым инструментом при оценке генетического вклада в изменчивость функциональной активности отдельных зон коры мозга. Однако данных о региональных особенностях генетической детерминации ВП пока очень мало. В исследовании Э. Льюиса с соавторами генетическая детерминация зрительных, слуховых и соматосенсорных ВП обнаруживалась приблизительно одинаково по всей коре больших полушарий, независимо от зоны. Но наряду с этим, как и при изучении наследуемости параметров ЭЭГ, получены факты, свидетельствующие о существенных межзональных различиях в проявлении генетической обусловленности отдельных компонентов ВП и их параметров. Например, выявлены межзональные различия в генетической обусловленности зрительных ВП на вспышки, регистрируемые из трех зон. Установлено, что генетический контроль обнаруживается в 43, 52 и 20% показателей при регистрации ответов из трех зон: соответственно затылочной, вертекса и лобной области левого полушария. В другом исследовании были установлены межполушарные различия в наследуемости параметров зрительных ВП на стимулы разного типа: в целом параметры ВП в левом полушарии меньше зависят от генотипа по сравнению с аналогичными ответами правого, причем наиболее четко это обнаруживается при сравнении ответов височных зон левого и правого полушарий. Убедительные доказательства топографических различий наследуемости амплитудно-временных параметров ВП представлены в работе О'Коннера с соавторами, причем показано, что «фокус наследуемости» амплитуд61 Р3 локализован в задних отделах коры больших полушарий. Чем можно объяснить тот факт, что дисперсия фенотипически сходных показателей ВП в разных зонах коры мозга имеет разную структуру? Из нейрофизиологических исследований известно, что компоненты ВП в разных зонах коры больших полушарий могут иметь различающиеся источники. Иными словами, они, во-первых, могут формироваться за счет действия различных генераторов и, во-вторых, испытывать на себе разные влияния со стороны неспецифических систем мозга. Можно предположить, что нейрофизиологические механизмы, отвечающие за компоненты ВП разных зон, по-разному зависят от генотипа, и благодаря этому возникают межзональные различия в генетической обусловленности ВП. Есть некоторые основания полагать, что доля генетической изменчивости в параметрах ВП разных зон варьирует в определенной зависимости от эволюционного возраста структуры и времени ее созревания в онтогенезе. Так, ВП в эволюционно более молодых передних отделах коры (височные и фронтальные области), по-видимому, в меньшей степени зависят от генетической изменчивости. Однако эти предположения требуют дальнейшего изучения. |