211service.com
Kalbos genetika
Danielis Geschwindas pasiekia savo biuro knygų lentyną, nuima trimatę žmogaus smegenų dėlionę ir pradeda bandyti susegti plastikines dalis. Kalifornijos universiteto Los Andžele neurogenetikas Geschwind tikisi, kad dėlionė padės apibūdinti smegenų dalis, kurios valdo kalbą ir kalbą. Tačiau visą gyvenimą jis negali suprasti, kaip tvirtinasi kairysis ir dešinysis pusrutuliai. Erdviškai aš tikrai blogas, todėl nesišaipykite iš manęs, maldauja jis. Atrodo, kad mane ištiko insultas ar kažkas panašaus. Susitvarkysiu, o tada išsiaiškinsiu.
Kalbos vietos nustatymas : Neuroninė kalbos ir kalbos grandinė paprastai yra kairiajame smegenų pusrutulyje, išilgai regiono, vadinamo Silvio plyšiu, kuris tęsiasi nuo Brokos srities iki Wernicke. Tyrėjai ieško genų, kurie sujungia šiuos regionus ir sukuria unikalų žmogaus gebėjimą kalbėti. Brokos sritis, paryškinta aukščiau žalia spalva, yra susijusi su kalbos ir kalbos išvestimi. Wernicke sritis, paryškinta raudona spalva, yra susijusi su kalbos supratimu.
Plastikinis modelis gali akimirksniu pakreipti Geschwindą, tačiau kalbant apie genus, reguliuojančius smegenų vystymąsi ir funkcijas, jis puikiai sujungia dalis. Per pastaruosius kelerius metus jis tapo vienu iš pirmaujančių genetikų besiformuojančioje srityje, kurios tikslas – išsiaiškinti, kurie genai yra susiję su kalbos ir kalbos raida ir kaip mūsų intelektas ir bendravimo įgūdžiai išsivystė už mūsų beždžionių giminaičių. mums unikalus gebėjimas kalbėti.
Tokie tyrimai kaip Geschwind atliekami dviejų sričių sankirtoje: elgesio genetika ir evoliucinė biologija. Kiekviena sritis priklauso nuo kitos, kad suprastų kalbos genetikos tyrimų antplūdį, kuris dabar plūsta iš viso pasaulio laboratorijų. Norėdamas pažvelgti į žmogaus smegenis ir pamatyti, kaip jos paprastai kaupia, vartoja ir supranta žodžius, Geschwind tiria ne tik normalias žmogaus smegenis, bet ir tas, kuriose procesas vyksta netvarkingai, tiria šeimų, kenčiančių nuo autizmo, disleksijos, šizofrenijos ir kt., genus. sąlygos, kurios gali būti susijusios su kalbos ir kalbos sutrikimais. Šis tyrimas gali padėti tiksliau diagnozuoti ir gydyti su kalba susijusius sutrikimus, tačiau jis taip pat turi pagrindinį tikslą. Geschwind sako, kad ligos tyrimas iš tikrųjų yra pagrindinis būdas suprasti normalią funkciją. Liga suteikė mums nepaprastų įžvalgų suprasti, kaip smegenys veikia arba gali neveikti.
Elgsenos genetika lygina skirtingų gebėjimų žmonių genus, o evoliucinė biologija lygina skirtingų rūšių genus. Tyrėjai naudoja šiuos duomenis siekdami nustatyti, kas riboja kitų rūšių bendravimo įgūdžius ir kas taip smarkiai išplėtė mūsų įgūdžius, kad kalba tapo viena iš mums būdingų savybių. Paties Geschwindo žygiai į evoliucinę biologiją paskatino jį pažvelgti į DNR šimpanzių, beždžionių ir net paukščių giesmininkų smegenyse. Daugelis žmonių mano, kad mūsų laboratorija yra visur, sako jis. Iš tikrųjų tai gana integruota. Kalba yra sudėtinga ir vienintelis būdas pasiekti rezultatą yra tada, kai du ar trys radiniai nurodo tą pačią vietą.
Pasitelkę patobulintus DNR aptikimo metodus, pažangiausias analizės priemones ir rūšių genomo sekas nuo žmonių iki pelių, Geschwind ir kiti tyrinėtojai pradėjo aiškintis, kaip mes tobulinome sudėtingos kalbos gebėjimą. Tačiau nors neurologai, dirbantys postgenominėje eroje, padarė didelę pažangą, jie tik pradėjo subraižyti paviršių, kaip atitinkami genai yra bendrai naudojami.
FOXP2 Medžioklė
Nepaisant daugiau nei dešimtmetį trukusių pastangų ir daugybės gąsdinančių dalykų, neurogenetikai iki šiol galutinai susiejo tik vieną geną su kalba ir kalba. Jo atradimo istorija prasideda 1990 m., kai klinikiniai genetikai iš Vaikų sveikatos instituto Londone pirmą kartą pranešė apie kalbos sutrikimą, pasireiškusį trims britų kartoms, žinomoms kaip KE šeima. Gydytojai atkreipė dėmesį į 15 paveiktų narių, kurie, regis, turėjo paveldimų gramatikos, sintaksės ir žodyno problemų, susijusių su bloga veido raumenų kontrole ir sunkumais ištariant žodžius. Nors atrodė aišku, kad turi būti genetinis ryšys, mokslininkai medžiojo daugiau nei dešimtmetį, kol atrado atsakingą geną.
Didysis lūžis įvyko 1998 m., kai Oksfordo universiteto genetikai, vadovaujami Anthony Monaco ir Simono Fisherio, nustatė atskirą 7 chromosomos gabalėlį, susijusį su kalbos ir kalbos problemomis KE šeimoje. Tačiau regione buvo dešimtys genų, ir jie negalėjo tiksliai nustatyti vieno blogo veikėjo. Įveskite Jane Hurst, klinikinę genetikę, dirbusią ligoninėje Oksfordo teritorijoje ir, atsitiktinai, kartu sukūrusi pirmąjį pranešimą apie KE šeimą.
7 chromosomos dokumentas paskatino Hurst iš naujo išnagrinėti su KE šeima nesusijusios nėščios moters amniocentezės rezultatus, kuriuos ji peržiūrėjo prieš ketverius metus. Hurst nustatė, kad vaisius turi chromosomų žagsėjimą, vadinamą translokacija, ir vėliau ji sužinojo, kad vaikui išsivystė kalbos ir kalbos problemos, labai panašios į tas, kurios buvo pastebėtos KE šeimoje. Dar kartą pažvelgusi į rezultatus, ji pamatė, kad perkėlimas įvyko tame pačiame 7 chromosomos regione, kurį nustatė Fisheris. Paskambinau Simonui ir pasakiau: „Radau tave pacientą, kuris tau duos geną“, – prisimena Hurst ir priduria, kad ji nebuvo rimta. Bet atsitiko būtent taip: berniuko perkėlimas sutrikdė geną, vadinamą FOXP2 , kuris, kaip paaiškėjo, buvo mutavęs 15 KE šeimos narių, kurie turėjo rimtų problemų.
Kai Monakas, Fisheris, Hurstas ir bendradarbiai pranešė apie konvergenciją FOXP2 išvados 2001 m. spalio 4 d Gamta , jis pateko į tarptautines antraštes ir, dar svarbiau, paskelbė naujos kalbos ir kalbos tyrimų eros pradžią.
Jau tada mokslininkai tai žinojo FOXP2 vien tik nesujungia smegenų kalbos. Didžiajame genomo teatre jis naudojamas kaip transkripcijos faktorius, įjungiantis arba išjungiantis kitus genus, sakydamas, ar perrašyti savo DNR į pasiuntinio RNR, o tai lemia baltymų gamybą. Ir FOXP2 turi platų embriono vystymosi repertuarą, vaidina svarbų vaidmenį formuojant plaučius, širdį ir žarnas.
Dar FOXP2 taip pat aiškiai dalyvauja kalbos ir kalbos molekuliniuose keliuose. Kelių šalių gydytojai dabar pranešė apie pacientus, kuriems pasireiškė nukrypimai FOXP2 genai ir į KE panašios kalbos ir kalbos problemos. Geschwind žengė keletą pirmųjų žingsnių, kad atskleistų ryšį tarp FOXP2 ir kalba. Jis ir Fisheris neseniai tyrinėjo žmogaus vaisiaus smegenis ir nervų ląstelių kultūras, kad nustatytų, kurie genai yra FOXP2 baltymai įsijungia arba išsijungia smegenyse. Jie susijungė FOXP2 į daugiau nei 200 genų, kurie kontroliuoja neuronų vystymąsi, neurotransmiterių, siunčiančių pranešimus tarp nervų, išsiskyrimą ir sinapsių pokyčius, kuriais grindžiamas mokymasis ir atmintis. Kai kurie iš šių genų greičiausiai bus susiję su kalba ir kalba. Norėdamas iš šios genetinės upės išsijoti brangakmenių, Geschwind priartina apie 15 genų, kurie taip pat yra susiję su šizofrenija, taip pat 34 genus, su kuriais FOXP2 jungiasi dviejose smegenų srityse, kurios, kitų tyrimų duomenimis, yra susijusios su kalba ir kalba.
Iki šiol atradimas FOXP2 ’s ryšys su kalba ir kalba davė daugiau klausimų nei atsakymų. Tačiau tai atvėrė duris, į kurias neurologai beldė daugiau nei šimtmetį.
Mazgas protas
1861 m. Pierre'as Paulas Broca atvyko į Paryžiaus antropologų draugijos susitikimą su kito žmogaus smegenimis. Broca, chirurgas ir neurologas, kuris buvo draugijos įkūrėjas, ištraukė smegenis iš neįprasto paciento, kuris buvo hospitalizuotas 30 metų. Pacientas buvo žinomas kaip Tan, nes į bet kurį jam pateiktą klausimą atsakydavo Tan, tan. Ilgainiui išvis neteko kalbėti, nors suprato beveik viską, ką girdėjo. Broca pirmą kartą susitiko su Tanu likus penkioms dienoms iki jo mirties, kai jis atvyko į chirurgijos skyrių dėl didžiulės gangreninės infekcijos. Atlikdamas skrodimą, Broca nustatė, kad Tano smegenyse buvo daug pažeidimų, iš kurių didžiausias ir seniausias buvo kairiosios priekinės skilties viduryje. Broca tvirtino, kad dėl šios žalos Tanas prarado kalbą.
Po trylikos metų vokiečių gydytojas Carlas Wernicke aprašė insultą patyrusio paciento smegenis, kurios galėjo kalbėti, bet turėjo didžiulių sunkumų suprasti, kas jam buvo pasakyta. Vėlgi, išryškėjo kairiojo pusrutulio pažeidimas, nors jis buvo toliau, netoli smilkininės ir parietalinės skilčių sankirtos.
Geschwindas aiškindamas dabar žinomų Brokos ir Wernicke vietovių svarbą, jis atkreipia dėmesį į smegenų nekilnojamąjį turtą, kurį jie užima ant plastikinių smegenų, kurias jis pagaliau surinko. Vėlesni tyrimai parodė, kad abi sritys vaidina svarbų vaidmenį kalboje ir kalboje. Nors jų pažeidimas ne visada sukelia problemų, nervinės kalbos grandinės paprastai eina palei kairįjį Silvijaus plyšį – savotišką nervinį Didįjį kanjoną, besitęsiantį nuo Brokos srities iki Wernicke.
Geschwindą sužavėjo ši asimetrija ir jos santykis su ranka. Maždaug 90 procentų mūsų yra dešiniarankiai, o beveik visų dešiniųjų kalba ir kalba priklauso nuo to kairiojo perizilvo regiono. (Apie 40 procentų kairiarankių pasikliauja dešiniuoju perizilvijos regionu arba naudoja abu pusrutulius.) Kalbos apdorojimas – itin greitas apdorojimas – turi tam tikros naudos, kad viskas būtų vienoje grandinėje viename pusrutulyje. , daro išvadą.
Procesas, kuris sukuria asimetriją, dažnai nutrūksta žmonėms, sergantiems disleksija, šizofrenija ar autizmu – visi sutrikimai, susiję su kalbos problemomis. Taigi Geschwind ir kiti pradėjo ieškoti genetinių nukrypimų, susijusių su kalbos sutrikimais, ir genus, susijusius su smegenų asimetrijos skirtumais, pavyzdžiui, susijusius su ranka.
Nors mutacijos atradimas m FOXP2 pareikalavo didelių pastangų (ir sėkmės). Priešingai, jokia paprasta vieno geno mutacija greičiausiai nesugadins smegenų asimetrijos arba nesukels disleksijos, šizofrenijos ar autizmo. Atvirkščiai, šias problemas sukelia subtilios genų aberacijos ir kartu veikiančių genų tinklai. Šis subtilumas verčia tyrėjus rinkti ir rūšiuoti DNR iš šimtų, jei ne tūkstančių žmonių. Pavyzdžiui, Autizmo genomo projektas, didelis tarptautinis bendradarbiavimas, kuriame dalyvauja Geschwind, atliko daugiau nei 1400 šeimų, kuriose yra bent du nariai, paveikti autizmo spektro sutrikimų, analizę. Šis didžiulis tyrimas neišskyrė nei vieno mutanto geno, bet atrado intriguojančius ryšius tarp sutrikimų ir trūkstamų arba papildomų 11 chromosomos regiono kopijų. Tokie variantai gali padidinti arba sumažinti genų gaminamo baltymo kiekį ir sukelti nenuspėjamą poveikį. .
Geschwind taip pat prisidėjo prie tyrimo, kuriam vadovavo Oksfordas Clyde'as Francksas, kuris atskleidė kai kuriuos sudėtingus ryšius tarp su kalba susijusių sutrikimų, smegenų asimetrijos ir rankų. Tyrimas prasidėjo kaip geno, kontroliuojančio disleksikų ranką, medžioklė. Ankstesnėse ataskaitose buvo teigiama, kad disleksikai dažniau būna kairiarankiai, o kairiarankiams – sumažėjusi asimetrija. Francksas ir jo kolegos negalėjo patvirtinti šio pasiūlymo, tačiau jie rado 2 chromosomos regioną, kuris atrodė susijęs su kairiarankiškumu. Tada jie ištyrė sveikų kairiarankių brolių porų DNR: atsirado ta pati sąsaja su 2 chromosoma, o tai rodo, kad genas ar genai tame regione gali turėti įtakos rankoms. Pridėjus dar keistesnių ryšių, komanda atliko šizofrenija sergančių brolių ir seserų tyrimą, kuris apėmė tą patį regioną.
Norėdami rasti geną ar genus, esančius šio grandžių mazgo centre, mokslininkai palygino tą patį sveikų dešiniarankių, sveikų kairiarankių ir šizofrenija sergančių žmonių 2 chromosomos regioną. Jie nustatė keturis DNR skirtumus, kurie išskyrė šizofrenikus nuo psichiškai sveikų kairiųjų; šių variacijų vieta atvedė juos į geną, vadinamą LRRTM1 . Geschwind bendradarbiavo atliekant darbą, kuris padėjo nustatyti žmogaus smegenų vietą LRRTM1 buvo įjungtas arba išreikštas: tai tikriausiai padeda formuoti priekinės smegenų struktūras ir daro įtaką neuronų susijungimui. Jis įtaria, kad ankstyvuoju nėštumo laikotarpiu tai taip pat prisideda prie smegenų asimetrijos.
Francksas ir jo kolegos mano, kad tam tikri variantai LRRTM1 kažkaip sumažinti gamybą LRRTM1 baltymų vaisiaus smegenų vystymosi metu. Tikėtina, kad sumažėjęs lygis LRRTM1 galėjo prisidėti prie sumažėjusios smegenų asimetrijos, pakreipdamos raidos skales link kairiarankystės ir šizofrenijos, o galbūt ir į įvairias kalbos ir kalbos problemas.
Visa tai sudaro šiek tiek daugiau nei genų, kurie gali būti arba nedalyvauti kuriant kalbą ir kalbą, sąrašą: FOXP2 ; genai, kad FOXP2 bendrauja su; genai su kopijų skaičiaus anomalijomis, susijusiomis su autizmu; ir aberrantinis genas, susijęs su šizofrenija ir kairiarankiškumu. Nuo koreliacijos tarp genų ir sutrikimų prie žinių apie nervų grandinę, leidžiančią žmogui, bet ne šimpanzei, paklausti: būti ar nebūti? reikalauja, kad mokslininkai rastų sąsajas tarp iš pažiūros skirtingų radinių. Tuo tikslu Geschwind ir kiti kreipiasi į evoliucijos tyrimus, kurie analizuoja šiuos genus kitose rūšyse ir lygina juos su žmogaus versijomis. Tokie tyrimai taip pat gali padėti suprasti, kaip žmonės lavino kalbos gebėjimą.
Kalbos kilmė
Kaip ir paukščiai giesmininkai, delfinai, banginiai, šikšnosparniai, drambliai ir, žinoma, žmonės, beždžionės ir beždžionės gali išmokti garsų ir naudoti juos bendraudami. Daugelį dešimtmečių mokslininkai bandė iššifruoti tokius gyvūnų pranešimus. Jie taip pat bandė išmokyti šimpanzes, bonobus, gorillas ir orangutanus naudoti simbolius, leksigramas ir gestų kalbą, o kelios plakatinės beždžionės, tokios kaip Koko, Washoe ir Kanzi, turi nemenką šlovę dėl PBS dokumentinių filmų, žurnalų viršelių istorijų. ir knygų apie jų bendravimo įgūdžius. Kai kurie netgi parodė, kad, atrodo, yra nuostabus gebėjimas suprasti ištartus žodžius.
Nepaisant to, mūsų kalbos ir kalbos gebėjimus nuo jų skiria neperžengiama siena. Geriausiai treniruotos beždžionės gali išmokti vos kelis šimtus žodžių. Dauguma trejų metų amžiaus turi didesnį žodyną, o vidutinis vidurinės mokyklos absolventas turi apie 60 000 žodžių protinėje leksikoje. Kalbančias beždžiones tyrę kalbininkai ir psichologai, įskaitant tyrėjus, išmokusius jas bendrauti, pabrėžia, kad gyvūnai retai sujungia net du žodžius į semantinę visumą ir niekada neištaria tokio sudėtingo rekursyvaus sakinio tipo, kaip šis, kuriame įterpiama viena mintis. kitas.
Tikėdamasis pradėti paaiškinti šį neatitikimą, Geschwind ištyrė, kurie genai yra įjungti žmonių ir šimpanzių, mūsų artimiausių genetinių giminaičių, smegenyse. Jis rado šimtus skirtumų, bet negalėjo nustatyti, kurie iš jų yra svarbūs – kurie buvo reikšmingiausi skatinant evoliuciją ir nustatant smegenų funkciją. Priblokštas jis kreipėsi į draugą matematiką iš UCLA Steve'ą Horvathą.
Horvatui vadovaujant, Geschwindas ir jo absolventas Michaelas Oldhamas rado naują būdą, kaip išspręsti problemą. Užuot žiūrėję į atskirų genų skirtumus, jie analizavo skirtumus tarp genų tinklų, išreikštų tuo pačiu metu. Konkrečiai, jie apžiūrėjo žmonių ir šimpanzių smegenų skrodimus ir palygino šiuos kartu išreikštus genus specifiniuose moduliuose, įskaitant smegenų žievę, smegenis ir pirminę regėjimo žievę.
Jie nustatė, kad kiekvieno modulio tinkluose kai kurie genai tarnavo kaip centrai, jungiantys prie daugelio kitų genų. Tinklų schemos atrodo panašiai kaip oro linijų maršrutų žemėlapiai, o tiek žmonių, tiek šimpanzių žemėlapiuose yra juokingai daug mazgų ir stipinų. Tačiau diagramos leidžia lengvai pamatyti svarbiausius genus – esančius centruose. Ir kai komanda paėmė žmogaus modulio žemėlapį ir pašalino visas šimpanzės jungtis tam pačiam moduliui, liko tik keli genai. Tapo stulbinamai aišku ne tik kurie genai yra išskirtinai žmogaus, bet ir kurie iš jų yra svarbiausi.
Šis metodas davė įžvalgų, kurios nebuvo įmanomos naudojant senesnius metodus; Tiesiog lyginant žmogaus ir šimpanzės atskirų genų raišką, nepastebima daugumos variacijų, kurios vyksta tarp genų grupių. Nors naujų sąsajų tarp genų ir kalbos dar neatsirado, Geschwindas ir jo kolegos nustatė, kad dauguma skirtumų atsirado smegenų žievėje – toje smegenų dalyje, kuri labiausiai išsiplėtė žmonėms ir kurioje yra Brokos ir Wernicke sritys. . Geschwindas tikisi, kad plačiau pažvelgus ne tik į genomą, bet ir į transkriptą – bet kuriuo metu įjungiamų genų rinkinį – bus galima geriau suprasti kalbos genetiką. Jis sako, kad turime suprasti transkriptą taip pat, kaip suprantame genomą.
Tačiau iki šiol labiausiai intriguojantys ir konkretūs genetiniai įkalčiai apie kalbos ir kalbos raidą atsirado iš paprastų, tiesioginių gyvūnų ir žmonių versijų palyginimų. FOXP2 . FOXP2 yra paradigma, sako Geschwind. Tai šis švyturys ir pirmasis įrodymas, kad ši tyrimų sritis gali lemti puikias įžvalgas apie žmones ir evoliuciją.
Netrukus po to, kai Fisheris, Monakas ir jų kolegos susiejo FOXP2 žmonių kalbai ir kalbai, jie susivienijo su pirmaujančia evoliucinės biologijos grupe, vadovaujama Svante Pääbo Maxo Plancko institute Leipcige, Vokietijoje. Jie nustatė, kad baltymai, pagaminti iš FOXP2 Šimpanzių genas yra beveik identiškas pelių genui: skiriasi tik viena aminorūgštis. Biologai mano, kad jei baltymai mažai keičiasi per dešimtis milijonų metų evoliucijos laikotarpį, jie turi atlikti tokias esmines funkcijas, kad tiesiog negali pakęsti pokyčių. Tačiau dvi aminorūgštys žmogui FOXP2 skiriasi nuo šimpanzės baltymų – iš viso trys pakeitimai, palyginti su pelės versija. Tai, kad genas atlaikė tokius dramatiškus pokyčius per tokį trumpą laikotarpį (evoliuciškai kalbant), rodo, kad pokytis padėjo mums išgyventi – kaip neabejotinai padarė kalbos raida.
Tada, 2007 m. spalio mėn., Pääbo ir bendradarbiai paskelbė nerimą keliantį dokumentą apie FOXP2 neandertaliečių, šiuolaikinių žmonių evoliucinių giminaičių, kurie mirė prieš 30 000 metų. Tyrėjai išskyrė dalis FOXP2 genas iš dviejų neandertaliečių kaulų. Nors jie dar turi suskirstyti visą geną, jie nustatė, kad neandertaliečiai ir šiuolaikiniai žmonės sutapo dviejose kritinėse vietose, skiriančiose žmones ir šimpanzes. Nors mūsų artimiausi giminaičiai hominidai dažnai vaizduojami kaip snukiai, jie galėjo turėti bent dalį mūsų kalbos ir kalbos gebėjimo. Nėra jokios priežasties manyti, kad neandertaliečiai neturėjo tokios kalbos kaip mes, sako Pääbo. Tačiau jis priduria, kad daugelis nežinomų genų, susijusių su kalba, galiausiai turės būti rasti ir pažvelgti į neandertaliečius.
Geschwind tęsia tų nežinomų genų medžioklę, savo elgesio genetikos darbui taikydamas techniką, kurią sukūrė žmogaus ir šimpanzės genų ekspresijai palyginti. Jo laboratorija dabar atlieka tokius pat sveikų žmonių ir šizofrenikų smegenų koekspresijos tyrimus, kurie, kaip jis tikisi, atskleis ryšius, kurie nutrūko sergant šizofrenija ir galbūt paskatins dar daugiau genetinių būdų, susijusių su kalba ir kalba. Jis tikisi galiausiai atlikti panašias analizes su autizmo spektro sutrikimų turinčių žmonių smegenimis.
Iki šiol Geschwind ir jo kolegos atrado, kiek įdomių genetinių žodžių, kuriuos jie sugebėjo sudėti į kelis sakinius, paaiškindami kalbos ir kalbos šaknis. Jie dar negali papasakoti nuoseklios istorijos. Vis dėlto stiprėja pasitikėjimas, kad netolimoje ateityje mokslininkai galės parašyti ilgą knygą apie tai, kaip mes sukūrėme savo fenomenalią gabumo dovaną, pabrėždami svarbias genų rinkinius, dėl kurių tai įmanoma. Jei tai padarys, jie taip pat galėtų rasti būdų, kaip ištaisyti šio tinklo sutrikimus – sutrikimus, dėl kurių žmonės gali rimtai netekti žodžių.