Тема 10. Психогенетика работы мозга.

ПСИХОГЕНЕТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА.

Прямое исследование генетической изменчивости работы мозга сопряжено с рятом методологических трудностей. Поэтому для этих целей чаще всего используют косвенные методы. Это могут быть лабораторные эксперименты на лабораторных животных, или изучение электрической активности работы мозга. Чаще всего, в психогенетике изучают генотип-средовые влияния на особенности ЭЭГ (электроэнцефалограммы) и вызванных потенциалов (ВП).

Наследование биоэлектрических ритмов ЦНС (ЭЭГ).

ЭЭГ представляет собой запись колебаний амплитуд биоэлектрических зарядов, отводимых с поверхности черепа (или непосредственно с головного мозга). В качестве основного показателя ЭЭГ используют частоту биоэлектрических колебаний в секунду. Соответственно выделяются основные ритмы мозга:

- альфа-ритм (8-15 Гц) – ритм спокойного бодрствования,

- бета–ритм (16-34 Гц) – ритм активного бодрствования,

- гамма-ритм (свыше 35 Гц) – ритм гиперактивности, стресса, волнения.

- тэта-ритм (4-7 Гц) – ритм глубокого сна.

- дельта-ритм (1-3 Гц) – ритм еще более глубокого сна.

ЭЭГ генерируется следующим образом. Волны ЭЭГ образуются вследствие нейрофизиологических процессов, проходящих на многих уровнях. Эти процессы включают в себя разрядку в определенном ритме групп нейронов в коре больших полушарий, их активность координируется водителем ритма в таламусе, на активность которого, в свою очередь, влияют другие структуры мозга.

Исследования близнецов разных возрастных групп показали, что в отсутствие патологических состояний (травм мозга, опухолей), в стандартных условиях характер ЭЭГ в значительной степени обусловлен генетически. Особого внимания заслуживает тот факт, что у МЗ близнецов, разлученных с детства, наблюдается весьма высокое сходство паттернов ЭЭГ [по 16]. Наследственные варианты ЭЭГ указывают на различия в физиологических реакциях мозга человека, которые в свою очередь могут быть связаны с поведенческими и психоголическими особенностями человека.

В настоящее время исследование генетических и средовых влияний на нейрофизиологические характеристики служат переходным звеном между генотипом и индивидуальными особенностями психики человека. Достоинством ЭЭГ является то, что в ее рисунке и топографии отражаются процессы развития центральной нервной системы (ЦНС). Сопряженность в изучении возрастной динамики ЭЭГ и развития познавательных процессов с помощью генетических подходов позволят понять особенности генетической детерминации ЦНС на каждом возрастном этапе и генетической детерминации психического развития.

Наиболее высокой является генетическая обусловленность альфа-ритма (исследователи называют уровень наследуемости в пределах 0,6-0,8). При оценке альфа индекса в группах 42 МЗ близнецов, выросших вместе, и 35 разлученных МЗ близнецов, не было обнаружено практически никаких различий в степени внутрипарного сходства. В исследовании А.П.Анохина было показано, что у родителей с высокими значениями альфа-индекса дети в своем большинстве также имеют значения альфа-индекса выше среднего, и, наоборот, у родителей с низким значением альфа-индекса, дети чаще всего также имеют альфа индекс менее среднего.

Для бета-ритма получены более противоречивые данные. Уровень наследуемости колеблется от 30 до 80 % (в зависимости от зоны регистрации).

Для медленных ритмов (тэта и дельта) уровень наследуемости несколько меньше, да и изучены они значительно хуже (уровень наследуемости в пределах 30%).

Ф.Фогель и его коллеги [17] провели исследование, позволяющее связать психические особенности индивида с наследственным характером ЭЭГ- составляющих. Провели обследование 298 взрослых здоровых мужчин с помощью психологических тестов, было выделено несколько типов ЭЭГ, имеющих наследственный характер, и были проанализированы коррелирующие с ними психические характеристики.

Было установлено, что лица с мономорфными альфа-волнами (предположительно аутосомно-доминантный тип наследования) проявляют себя активными, надежными и стабильными людьми, проявляя при этом точность в работе, хорошую кратковременную память, хотя скорость переработки информации у них невелика. Частота встречаемости этого типа в популяции около 4 %.

Индивиды с низкоамплитудной ЭЭГ (аутосомно-доминантный тип наследования) представляют собой расслабленных, беззаботных людей, экстравертов, конформных к мнению коллектива, малоинициативных, хотя их коэффициент интеллекта выше среднего, но показатели внимания понижены. Частота встречаемости в популяции 2-4,6%.

Индивиды, имеющие в ЭЭГ затылочные медленные бета волны (или быстрые альфа-волны), встречаются крайне редко (около 0,5% популяции), зато они обладают высоким интеллектом, способностью к абстрактному мышлению, хорошими двигательными способностями. Тип наследования, предположительно, аутосомно-доминантный.

Индивиды с диффузными бета-волнами. Тип наследования – предположительно полигенный, частота встречаемости 3-4%. У таких людей выявлены признаки низкой устойчивостью к стрессу, низкие показатели пространственной ориентации и удлиненное время реакции.

Наследование вызванных потенциалов (ВП).

Вызванные потенциалы – биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздражение. Стимулами могут служить зрительные или слуховые раздражители, слабые удары током, прикосновения. Наряду с этими описаны событийносвязанные потенциалы, которые возникают в ответ на появление «внутренних» стимулов. Например: Е-волна – потенциал намерения, возникает в двигательных отделах коры при намерении человека совершить действие. Обычно рассматриваются два показателя ВП: латентный период и амплитуда. Латентный период – промежуток времени от момента действия стимула до возникновения потенциала, он рассматривается показатель скорости переработки сенсорной информации. Амплитуда ВП – рассматривается как показатель интенсивности протекания этих процессов.

Под наибольшим генетическим контролем находится формирование ВП на слуховые и зрительные стимулы. При изучении психогенетики ВП близнецовым методом, различий в ВП между МЗ и ДЗ близнецами по формированию соматосенсорных ВП обнаружено не было. Влияние генетических факторов усиливается по мере увеличения интенсивности стимулов. Показано, что для зрительных и слуховых ВП генотипические различия по амплитудам в значительной степени проявляются при увеличении интенсивности раздражителя. При очень слабых стимулах никакой связи между формой и амплитудой ВП у монозиготных близнецов обнаружено не было. При увеличении силы стимула уровень взаимосвязи стал превышать 50%.

Также степень генетических влияний зависит от сложности стимула. Коэффициенты наследуемости латентных периодов ВП для затылочной области при предъявлении элементарных зрительных стимулов (вспышка, шахматное поле) равны 60-70%, а при предъявлении сложным семантических стимулов (слово «дом») наследуемость существенно ниже (15-30 %).

Влияние генов также усиливается при изменении характера задачи и мотивации испытуемого. Показано, что если привлечь внимание испытуемого к какой-то задаче и дать ему установку на повышение внимания к действию стимулов, то доля генетической составляющей также увеличится. Это говорит о том, что в условиях информационной нагрузки, необходимости быстро обработать информацию и принять решение большую роль играют генетические факторы, чем средовые.

Из результатов генетического анализа можно сделать вывод, что в рамках информационного подхода, имеющиеся данные позволяют считать, что межиндивидуальные различия в скоростных и энергетических характеристиках переработки сенсорной информации в определенной степени обусловлены генотипическими различиями.

ГЕНОТИП-СРЕДОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ИЗМЕНЧИВОСТИ ВЕГЕТАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ.

Традиционным объектом психофизиологических исследований являются показатели функционирования физиологических систем организма (сердечно-сосудистой, дыхательной, мышечной, выделительной). Эти показатели отличаются индивидуальным своеобразием и устойчивостью при повторных замерах, что позволяет предположить влияние генотипа на происхождение этих реакций.

НАСЛЕДУЕМОСТЬ КГР.

КГР - кожно-гальваническая реакция – в психофизиологии используется как показатель «эмоционального» потоотделения. Было показано, что у МЗ близнецов коэффициент внутрипарной корреляции по особенностям КГР даже выше, чем у одного и того же человека при повторных замерах. У ДЗ близнецов сходство значительно меньше. Уровень наследуемости отдельных составляющих КГР в пределах 40-70 %. Хотя динамика КГР и тесно связана с особенностями эмоционального реагирования человека, которые в онтогенезе могут существенно меняться.

НАСЛЕДУЕМОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ.

Индикатором активности обычно сердечно-сосудистой системы обычно считают частоты сердечных сокращений (ЧСС) и артериальное давление (АД). По данным разных авторов оценки наследуемости ЧСС и АД варьируют в широких пределах (от 0 до 80%), составляя в среднем 50%. Степень наследуемости изменяется с возрастом, отмечается тенденция к снижению влияния наследственных факторов с возрастом.

Поскольку работа сердца регулируется вегетативной НС, эти данные говорят о наследуемости ее показателей. Полученные Р.Сомсеном [по 16] данные говорят о том, что эффекты синаптической активации находятся под большим контролем генов, чем аналогичные эффекты парасимпатической системы. Парасимпатическая активация вызывает замедление сердечного ритма, которое сопровождает, например, ориентировочную реакцию, которая возникает при предъявлении новых, умеренных по интенсивности стимулов, а также при их внимательном рассматривании. Симпатическая активация, наоборот, ведет к увеличению частоты сердечных сокращений и повышению мышечного напряжения. ЧСС обычно возрастает, когда испытуемые решают в уме задачи на вычисление. Данные подтверждены и другими исследователями. На основании этого делается вывод, что в экспериментальных ситуациях, требующих от испытуемого большего напряжения, оценки наследуемости различных физиологических показателей, как правило, выше.

ВЛИЯНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И СРЕДЫ НА ФОРМИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АСИММЕТРИИ.

Известны две концепции функциональной асимметрии в онтогенеза: эквипоненциальности полушарий и прогрессивной латерализации. Первая предполагает, что полушария изначально равны в отношении всех функций, в т.ч. и речевых. В ее пользу говорят данные о высокой пластичности мозга и взаимозаменяемости симметричных отделов мозга на ранних этапах развития. Согласно второй концепции специализация полушарий существует уже с момента рождения. В ее пользу говорит факт различий в морфологическом строении полушарий в младенцев еще до развития речевой функции.

Считается, что все парные органы асимметричны, из них непосредственному наблюдению доступны только некоторые (ведущие рука, нога, ведущий глаз, ухо, ноздря). Наиболее известной является асимметрия рук (правшевство/ левшество). Первые предпочтения руки у детей отмечаются в 7-9 месяцев. Разница становится отчетливой к 3 годам. В школьные годы некоторых леворуких детей переучивают (переученные левши). До недавних пор считалось, что леворукие составляют около 5 % населения (но сюда не вошли данные по переученным левшам). Но факт переучивания не говорит преимущественно о средовом обуславливании правшества/ левшества. В частности, изучение рукости приемных детей показало, что приемные родители (в отличие от биологических) оказывают мало влияния на установление ведущей руки у детей.

Существует две генетические модели, объясняющие наследование ведущей руки. Первая модель предполагает, что наследование происходит по законам Менделя. Рукость определяется действием 1 гена имеющего две аллели. Доминантная аллель кодирует праворукость, рецессивная – леворукость. Люди имеющие две рецессивных аллели будут леворукими. Гомозиготные доминантные особи (АА) будут абсолютно праворукими. Гетерозиготные особи (Аа) также будут праворукими. Но в эту категорию также войдут амбидексты и переученные левши.

Другая модель более сложная. Двухгенная. Согласно ее, функциональная асимметрия определяется двумя генами. Первый ген определяет полушарие, которое будет контролировать речь (доминантный признак – левое полушарие, рецессивный – левое) и ведущую руку. Второй ген определяет, какой рукой будет ведать доминантное полушарие (на своей стороне: левое полушарие – ведает левой рукой – рецессивный признак, на противоположной – доминантный).

Но не все клинические данные укладываются в эти модели.

По признакам асимметрии близнецы существенно отличаются от остальных представителей популяции. Например, среди близнецов нередко встречаются зеркальные пары, в которых один близнец является правшой, а другой – левшой. Многие авторы это объясняют особенностями эмбрионального развития близнецовых пар, а именно стадией, когда произошло разделение зародыша на два самостоятельных организма.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ

1. Что такое ЭЭГ?

2. Что такое вызванные потенциалы?

3. Как наследуются основные ритмы мозга?

4. Какие вы знаете основные ритмы мозга?

5. Какой из ритмов мозга находится под наибольшим контролем генов?

6. Какие особенности ЭЭГ, передаваемые по наследству, и как связан ы с психологическими характеристиками?

7. Как наследуются особенности вызванных потенциалов?

8. Как наследуется кожно-гальвыаническая реакция?

9. Как наследуются особенности работы сердечно-сосудистой системы?

10. Деятельность какой вегетативной нервной системы находится под большим генетическим влиянием?

11. Как влияют наследственность и среда на формировании функциональной асимметрии полушарий?

12. Как наследуется леворукость/праворукость?

13. Возможны ли различия в межполушарной асимметрии у близнецов?

ТЕСТ ПО ТЕМЕ 10.

1. Суммарная биоэлектрическая активность коры больших полушарий изучается … .

а) методом ВП;

б) методом ЭКГ;

в) методом ЭЭГ;

г) методом ЭКР.

2. При спокойном бодрствовании с закрытыми глазами в ЭЭГ регистрируется … .

а) альфа-ритм;

б) бета-ритм;

в) дельта-ритм;

г) гамма-ритм.

3. Под наибольшим контролем генов находится … .

а) альфа-ритм;

б) бета-ритм;

в) дельта-ритм;

г) тэта-ритм.

4. Низкоамплитудная ЭЭГ наследуется … .

а) сцепленным с полом типом наследования;

б) рецессивным типом наследования;

в) полигенным наследованием;

г) аутосомно-доминантным типом наследования.

5. Наследственные особенности в формировании ВП усиливаются … .

а) по мере ослабления стимула;

б) при усилении интенсивности стимула;

в) при усложнении стимула;

г) при комбинировании стимулов.

6. Особенности кожно-гальванической реакции наследуются таким образом: … .

а) уровень наследуемости 40-70%.

б) зависят больше от средовых факторов;

в) уровень наследуемости очень высокий (90%);

г) уровень наследуемости в пределах 10-30%.

7. Одна из наиболее известных моделей наследования левшества - … .

а) рецессивное наследование;

б) доминантное наследование;

в) сцепленное с полом наследование;

г) больше зависит от факторов среды.