8. Генетика и поведение человека 103
делах коры мозга у двух пациентов с XYY [2001]. Значение этих данных останется неясным до тех пор, пока не будет твердо установлена частота таких аномалий среди индивидов с нормальным хромосомным набором. На наш взгляд применение тонких нейропатологических методов к исследованию плодов и новорожденных с аберрациями хромосом (при постоянном учете изменчивости в пределах нормы) может открыть новые подходы к исследованию биологических механизмов, влияющих на генетико-поведенческую изменчивость. Например, существует ли морфологический субстрат для неполноценности пространственного восприятия при синдроме Тернера? На основании других данных, результатов исследования афазии можно предполагать, что он локализован в теменно-затылочной области коры мозга.
8.2.3. Новые подходы, предложенные для исследования генетики поведения человека
Большая часть материала, охватываемого в разд. 8.2.3, относится к возможному применению генетических понятий к поведенческим явлениям. Основные генетические понятия были раскрыты в предшествующих главах, особенно в гл. 3 и 4. Для анализа проблем генетики поведения до сих пор они не использовались в полную силу. Вполне возможно, однако, что для удовлетворительного объяснения генетической детерминированности поведения человека этих понятий окажется недостаточно и мы не сумеем это сделать так же успешно, как, например, в случае серповидноклеточной анемии.
Во введении к этой книге мы говорили о том, что генетический подход к биологическим явлениям является «редукционистским»: генетический анализ считается успешным, если наследуемое различие можно проследить до различия в состоянии гена. В большинстве случаев - например, когда мы хотим понять природу недостаточности фермента, этот подход приводит к удовлетворительным результатам. Его ограничения становятся очевидными, когда мы пытаемся анализировать генетическую
изменчивость при нормальном эмбриональном развитии или отклонения, которые ведут к врожденным порокам развития. В этой ситуации сложная система механизмов обратной связи, по-видимому, регулирует активность генов в различных группах клеток и в разные фазы развития. Развитие поведения человека не заканчивается никогда, оно продолжается в течение всей его жизни. Включенные в него механизмы обратной связи, вероятно, более сложны, чем механизмы, действующие во время эмбрионального соматического развития. Возможно, что для некоторых психических функций в ходе эволюции появились новые принципы действия генов. Таким образом, современные генетические подходы, которые оказались столь плодотворными в других областях, при анализе генетики поведения могут не принести успеха. И все-таки мы должны попробовать применить их, поскольку это единственный способ выявить их ограничения. Не исключено, что в будущем возникнут новые идеи, с помощью которых удастся преодолеть теперешние трудности.
8.2.3.1. Генетическая изменчивость, которая может влиять на поведение человека
В настоящее время данных о генетической изменчивости, влияющей на поведение человека, мало. Мы довольно детально описываем возможные подходы к изучению этой проблемы потому, что считаем необходимым дальнейшее ее развитие [1968] (рис. 8.21).
Общий метаболизм. Грубые нарушения метаболизма приводят к затемнению сознания и остановке психических процессов. Примерами таких нарушений, не обусловленных генетически, являются недостаточность функции печени, приводящая к печеночной коме, и почечная недостаточность, вызывающая уремию. Механизмы развития обоих состояний представляются ясными по крайней мере в общих чертах. Организм теряет способность правильно метаболизировать или выделять определенные соединения, их концентрация нарастает,
104 8. Генетика и поведение человека
|
Рис. 8.21. Возможные уровни исследования генетической изменчивости функции мозга. Сплошной контур - уровень, на котором может наблюдаться генетическая изменчивость, пунктирный контур - метод исследования |
они взаимодействуют с метаболитами мозга, нарушая идущие в норме процессы, и если эти нарушения достаточно тяжелы, то развивающаяся в итоге интоксикация уничтожает психическую деятельность.
Интоксикация может изменять функции мозга не только когда токсическое вещество образуется в процессе метаболизма в организме, но и тогда, когда оно поступает извне. Изменения сознания и восприятия, которые наступают после приема пищи, содержащей природные яды, наблюдались довольно рано в истории развития человеческого рода. В современном обществе наркомания представляет собой грозную социальную проблему. С другой стороны, сегодняшняя медицина научилась широко использовать действие веществ, влияющих на нервную систему, от общей анестезии до лечения больных психическими заболева-
ниями. Прежде чем проникнуть в мозг и изменить его работу, вещества подвергаются метаболизму, изменяющему их химический состав и модифицирующему их действие. Эти метаболические изменения опосредованы главным образом различными ферментами. Ферменты в свою очередь могут демонстрировать генетическую изменчивость, которая влияет на их активность, специфичность к субстрату и другие характеристики (разд. 4.2). Вытекающие отсюда различия в действии веществ, а также в побочных эффектах являются предметом исследования фармакогенетики (разд. 4.5.1). Генетическая изменчивость характерна для ферментов, метаболизирующих соединения, содержащиеся в потребляемой нами нормальной пище и необходимые для определенных метаболических процессов. В некоторых случаях генетическое изменение
8. Генетика и поведение человека 105
молекулы фермента может быть столь основательным, что его активность полностью или почти полностью исчезает. В качестве примера такого изменения, затрагивающего развитие и функции мозга, можно привести недостаток фенилаланингидроксилазы при фенилкетонурии, который приводит к «наводнению» мозга фенилаланином и другими токсичными метаболитами. Другой пример - состояние хронической аммиачной интоксикации, обусловленное ферментативными нарушениями в цикле мочевины. Многие врожденные ошибки метаболизма связаны с умственной отсталостью, детерминируемой аналогичными механизмами.
Изменчивость гормонов. Многие процессы в организме человека опосредованы гормонами (разд. 4.7.). Известно большое число количественных и качественных генетических дефектов гормональных функций. Большинство из них затрагивает самочувствие человека и его поведение. Наглядным примером является недостаточность функции щитовидной железы, которая приводит к гипотиреозу с типичным для него отсутствием жизненного тонуса. Половые гормоны также обладают сильным действием на эмбриональное и постнатальное развитие, на поведение и психическое состояние взрослых людей. При поиске генетических механизмов, которые могли бы влиять на поведение человека, эндокринные железы будут, следовательно, основным кандидатом на проверку их генетической изменчивости.
Генетическая изменчивость внутри мозга. Генетические различия в количестве производимых гормонов или в их молекулярной структуре являются только одним из возможных источников генетической изменчивости гормональной функции. Второй источник такой изменчивости-действие гормонов на органы-мишени. В этом процессе важными посредниками являются рецепторы гормонов. Некоторые генетически обусловленные дефекты, которые в настоящее время классифицируют как рецепторные заболевания (разд. 4.6.4), затрагивают функции мозга. Существует гипотеза, согласно которой генетическая изменчи-
вость гормональных рецепторов в мозге может влиять на функции мозга и служить, таким образом, причиной генетической изменчивости поведения.
Это только один пример того, как генетическая изменчивость структуры и функции самого мозга может влиять на изменчивость поведения. Чтобы раскрыть другие возможные механизмы, мы должны обследовать все уровни, на которых может изучаться структура и функция мозга - от анатомии и гистологии до электрофизиологии и основных биохимических процессов, включенных в возбуждение и торможение нервных клеток. Во всех этих областях накоплено гигантское количество информации, однако поразительно мало сделано для того, чтобы «просеять» эту информацию для выявления генетической изменчивости. В какой-то степени это объясняется методическими трудностями. Оценка генетической изменчивости обычно требует исследования довольно больших групп индивидов. Для признаков крови это вполне реально.
Если бы пробы ткани мозга можно было брать так же легко, как пробы крови, наши знания о генетической изменчивости, которая влияет на поведение человека, были бы полнее. Следует, однако, отдавать себе отчет в том, что даже успехи в изучении генетического полиморфизма, влияющего на мозг, вряд ли позволят объяснить поведение человека, поскольку детерминанты поведения гораздо сложнее, чем, например, функции эритроцитов. Вот почему необходимы разнообразные подходы.
Один из них связан с поиском генетической изменчивости в физиологических характеристиках, которые можно измерять прямо с помощью неинвазивных методов. Наибольшие возможности до сих пор предоставлял генетический анализ нормальной электроэнцефалограммы (ЭЭГ) [921]. Недостатком этого подхода является непрямая связь между действием гена и физиологическим фенотипом. Она, несомненно, больше подвержена возмущающим воздействиям со стороны промежуточных переменных, чем, например, фермент.
Можно искать генетическую изменчивость, которая выражается не только в
106 8. Генетика и поведение человека
мозговой, но и в других тканях (лучше всего в различных типах клеток крови, в которых может выявляться действие генов, активных в мозге). Ограничения этого подхода связаны с биохимической дифференцировкой во время эмбрионального развития, которая уменьшает возможность экстраполяции данных, полученных на одной ткани, на другую. Есть основания полагать, что дифференцировка и функциональная специализация могут быть более всего развиты в центральной нервной системе, что делает экстраполяции с других тканей особенно рискованными. Все же этот подход дал ряд многообещающих результатов при исследовании, например, тромбоцитов и ферментов сыворотки крови у больных аффективными психозами. В некоторых случаях гены, не проявляющие своего действия в доступной для анализа ткани, в других тканевых системах могут быть даже активированы. 3. Генетическую изменчивость и ее связь с поведением можно исследовать в мозге экспериментальных животных. Этот подход опирается на известную гомологию между человеком и другими млекопитающими во многих физиологических процессах, которая основана на их общем происхождении в филогенезе. Животные как модельная система широко используются для генетического анализа в ситуации, когда исследование на человеке не может быть проведено по этическим причинам, например при исследовании индуцированного мутагенеза [2142]. Очевидным преимуществом этого подхода для генетики поведения является прямой доступ к мозгу. Его недостаток определяется существованием межвидовых различий и уникальной ролью человеческого мозга. Данный подход, таким образом, помогает сформулировать модели механизмов, с помощью которых различия в физиологии мозга приводят к различиям в поведении. В процессе анализа таких моделей могут возникнуть идеи о том, где локализуются соответствующие различия. При дальнейшем обсуждении вопроса мы будем опираться главным образом
на результаты экспериментов с животными.
Популяции экспериментальных животных обычно формируются из инбредных линий и по структуре воспроизводства они радикально отличаются от человеческих популяций. Животные инбредных линий генетически идентичны. Их можно сравнить с монозиготными близнецами у людей. Результаты, полученные на одной инбредной линии, следует сопоставлять с результатами, полученными на других линиях и даже в естественных популяциях.
Перечисленные подходы к изучению генетической изменчивости мозговых функций корректны, если принципиальные положения генетики, т.е. понятие гена, регуляции действия гена, генетически определяемых ферментов и рецепторов, справедливы для мозговых функций. Вполне возможно, что понимание сложного, разумного поведения потребует дополнительных знаний об основах обработки и организации информации. На рис. 8.21 дана общая схема тех уровней, на которых генетическая изменчивость функций мозга может вызывать соответствующую изменчивость поведения.