Новости и мнения

Площадь поверхности мозга обнаруживает совпадение генов, интеллекта, эволюции

Анализ контуров более чем 600 детских мозгов указывает на связь между площадью поверхности мозга и наследуемостью в областях мозга, важных для познания.

В ходе эволюции человека наш мозг значительно расширился. Одной из областей, которая выросла за последние несколько миллионов лет, является кора головного мозга, морщинистый наружный слой мозга. Он обрабатывает сенсорную информацию, координирует наше движение и отвечает за функции высшего порядка, такие как обработка языка и решение проблем.

Ученые изучают структуру коры головного мозга, чтобы понять, как она развивается на протяжении всей нашей жизни и как эволюции как вида, и понять, где наследственность пересекается с интеллектом. Новое исследование сотен развивающихся мозгов показывает, что trifecta перекрывается в областях поверхности коры, которые развиваются с детства до взрослой жизни, расширяются в процессе эволюции и связаны с генетикой. Ученые также обнаружили генетически опосредованную связь между оценками IQ и площадью поверхности в областях, связанных с интеллектом, сообщают они сегодня (4 марта) в журнале Neuroscience .

«Я думаю, что это очень, очень сильная работа», – говорит Рейчел Брауэр , невролог из Университетского медицинского центра Утрехта в Нидерландах, который не участвовал в исследовании. Авторы выбирают, какие области мозга, где изменчивость больше всего объясняется генами, но, ища связи с эволюционным расширением и нейроразвитием, «это попытка связать [наследуемость] с тем, что это на самом деле означает в более широкой картине», – говорит она. говорит.

Авторы исследования проанализировали сканирование мозга, полученное с помощью МРТ от 677 детей. Сканирование позволяет им наносить на карту мозг детей, выявляя расположение их корковых шайб, канавок и витков. Связав особенности мозга с генетическими вариациями в их выборке, исследователи могли исследовать, как гены строят мозг в процессе развития и в процессе эволюции.

Используя инструменты обработки изображений, исследователи измерили толщину коры, а также площадь ее поверхности. «Это мера того, взяли ли вы в основном кортекс и развернули ли вы его. , , и вроде как, раскатал ее, как пиццу », – говорит Дж. Эрик Шмитт , нейрогенетик из Медицинского факультета Университета Пенсильвании, один из авторов исследования.

Результаты исследования указывают на важность площади поверхности мозга в процессе развития, которой до недавнего времени уделялось не так много внимания, как общему объему или толщине коры, говорит Брауэр.

Исследователи также выяснили наследственность этих признаков, сравнивая мозги в выборке, включающей большое количество одинаковых и братских близнецов, братьев и сестер и членов семьи. Используя корреляции, чтобы захватить общую долю генов, основанную на семейных отношениях, они могли выявить связи между генетикой и определенными особенностями мозга.

Площадь поверхности и структура мозга у людей сильно различаются, и исследователи обнаружили, что общая площадь поверхности мозга очень наследственная. Генетические факторы составляли 85 процентов вариации, аналогично результатам более ранних исследований. «Это огромная доля изменчивости. , , , Гены действительно, безусловно, доминируют в формировании структуры глобальной поверхности », – говорит Шмитт.

Ученые также отметили, что толщина коры и площадь поверхности мозга были генетически связаны у этих детей, в отличие от более ранних результатов у взрослых, которые «интерпретировались как означающие, что разные генетические факторы лежат в основе развития площади поверхности в зависимости от толщины коры», говорит Джон Гилмор , психиатр из Университета Северной Каролины, Чапел-Хилл, который не был связан с этой работой. Ранее Гилмор, Шмитт и его коллеги продемонстрировали генетическую связь толщины коры и площади поверхности у новорожденных в исследовании, которое вдохновило этот проект.

«Если мы сможем выяснить, каковы действительные гены, которые вызывают эту связь. , , и почему он начинает распадаться, когда люди становятся старше, это действительно поможет нам понять развивающийся мозг », – говорит Брауэр.

Да, это выглядит как важный эффект. , , [но] если у вас есть большая или меньшая площадь поверхности, что это действительно означает применительно к IQ?

—Дэвид Глан, Бостонская детская больница и Гарвардский университет

Авторы также обратили внимание на региональные различия в мозге. Разрезав виртуальную поверхность мозга примерно на 80 000 крошечных треугольников, они могли сравнивать площади поверхности в разных областях мозга среди субъектов исследования. Объединение этих данных с генетической информацией позволяет исследователям увидеть, в какой степени вариации связаны с наследственностью в каждой точке. Когда ученые учли различия в общей площади поверхности, их анализ выявил, где в области поверхности мозга было больше всего связано с общим, или глобальным, генетическим фактором.

Эти регионы, на которые больше всего повлияла наследственность – большие участки лобной и височной коры, которые важны для языковой обработки и интеллекта, – сильно перекрывались с частями мозга, которые расширялись в ходе эволюции человека. Эти области наиболее отличаются от нечеловеческих приматов, как показали другие исследования. «Это привело нас к гипотезе о том, что, возможно, существует общий генетический фактор, который влияет на все эти области, которые эволюционно новы», – говорит Шмитт.

Эти регионы также наиболее быстро изменяются в детстве, что «позволяет предположить, что, возможно, некоторые из генов, которые вызывают индивидуальные различия у людей, могут быть теми, которые также эволюционировали с течением времени», говорит Шмитт. «Я нахожу это очень интересным. Я хочу знать, что это за гены ». Это исследование не позволяет точно определить гены, которые контролируют изменения площади поверхности мозга. По его словам, чтобы найти эти гены, потребуется еще больший размер выборки.

Анализируя их генетически описательные карты мозга вместе с результатами тестов IQ, которые они проводили для детей, исследователи могли определить, какие участки коры головного мозга, связанные с более высокими показателями теста, могут быть связаны с наследственностью.

Их результаты выдвинули на первый план несколько областей, но одна область мозга действительно выделялась как связывающая эти нити – супрамаргинальная извилина на левой стороне мозга. «Это восприимчивый языковой центр мозга почти у всех», – объясняет Шмитт. По его словам, корреляции почти одинаковы, в основном настолько высоки, насколько это возможно, что означает почти идеальное генетическое перекрытие между IQ и площадью поверхности в этом месте.

Это не первое исследование, ищущее корреляции с интеллектом, и Шмитт говорит, что, хотя IQ является полезным и достаточно воспроизводимым показателем, он не является прямой мерой интеллекта. Даже несмотря на это, «видеть такой сильный эффект довольно редко. , , , Это немного святого грааля нейробиологии », – говорит он.

Результаты интересны отчасти потому, что не было много работы над тем, как площадь поверхности связана с интеллектом, говорит Брауэр. Здесь «большинство эффектов кажутся довольно глобальными, так что это означает, что существует некоторый глобальный генетический фактор, который полезен, например, для вашего мозга и вашего интеллекта», – говорит она.

Несмотря на то, что Дэвид Глен, психолог из Бостонской детской больницы и Гарвардского университета, в целом положительно оценивает методы и результаты исследования, он скептически относится к тому, насколько важны результаты, касающиеся интеллекта. «Да, это выглядит как важный эффект. , , [но] если у вас есть большая или меньшая площадь поверхности, что это действительно означает применительно к IQ? Мы говорим о двух-трех точках разницы? Или мы говорим о десятибалльной разнице? »- говорит он. Имеет смысл, что авторы видят взаимосвязь между анатомией мозга и интеллектом, но, хотя во многих статьях также сообщается о таких отношениях, другие этого не делают, а эффекты, наблюдаемые у взрослых, не очень сильны, говорит он.

Шмитт признает, что основа интеллекта является чувствительным предметом в нейробиологии, но чувствует себя комфортно, изучая его с помощью исследований на уровне населения. Это также вопрос, который он находит увлекательным.

«То, что движет когнитивными навыками у людей, является, я думаю, одним из фундаментальных вопросов, которые у нас есть в нейробиологии, и это на самом деле одна из вещей, которая в первую очередь заинтересовала меня в нейробиологии. Почему у нас есть эта вещь, которая поглощает огромное количество нашей энергии? Надо что-то делать для нас », – говорит Шмитт.

JE Schmitt и др., «Комплексный количественный генетический анализ площади поверхности мозга у молодых», J Neurosci , doi: 10.1523 / JNEUROSCI.2248-18.2019, 2019.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *