揭示塑造人类大脑的基因「大脑基因解码是真是假」

对胚胎雪貂大脑的研究和对易患神经系统疾病的家庭的遗传研究揭示了对大脑健康发育至关重要的基因。

克里斯托弗沃尔什坐在黑暗的礼堂里，他的心跳加速，坐在他的座位边缘。那是 1993 年，刚刚在哈佛医学院建立实验室的沃尔什正在威尼斯参加一个会议，听一位儿科神经科医生描述一个大家庭，其中早期大脑发育经常出错。

该家庭的受影响成员容易患癫痫症。磁共振成像 (MRI) 显示，在这些个体中，属于大脑皮层的神经元无法从大脑深处的出生地迁移到那里，从而留下错位的神经元斑点。

通过研究这个家庭的四代人，演讲者 Peter Huttenlocher 发现女孩从她们的母亲那里继承了这种称为脑室周围结节性异位症 (PVNH) 的疾病。这有助于将寻找有缺陷的基因的范围缩小到 X 染色体——其中仅包括 10% 的基因组。沃尔什确信他可以找到那个基因。

“我想成为他演讲后第一个跑到他面前的人，因为我想象观众中的其他人都在想同样的事情：研究人类大脑遗传学的完美方法。”

Huttenlocher 很乐意合作，Walsh 确定了导致 PVNH 的突变基因。为了找到更多这些改变大脑的基因，他开始研究父母有遗传关系的大家庭，孩子更有可能继承两个有缺陷的基因拷贝，这些基因拷贝会干扰大脑发育。

最终，他发现了数十种改变大脑功能以及大脑大小和形状的基因突变。许多是神经系统疾病的基础，从癫痫和精神分裂症到自闭症谱系障碍。在一个戏剧性的例子中，突变在患有这种疾病的女性中产生了一种被称为“双皮质”的皮质畸形，导致严重的癫痫发作和智力残疾。通过研究具有这些突变的家庭，Walsh 揭示了健康大脑发育的关键机制，并揭示了这些过程如何因神经系统疾病而脱轨。

在这里，沃尔什思考了为什么精神疾病仍然如此难以理解，为什么结构异常不一定会破坏心理功能，遗传学是否可以让我们掌握意识，以及自闭症研究如何帮助揭示是什么让我们成为人类。

作为一名神经学家，我认为大脑具有局部功能。你有一个语言区域和一个视觉区域。我希望我们可能会发现影响大脑特定部分的突变，但在精神疾病中被破坏的基因往往是在所有神经元中表达的基因。然而，精神分裂症与特定的、可重复的症状有关：个体听到声音，他们变得偏执，他们失去了以逻辑方式将思想集中在一起的能力。这有利于某种电路的存在——但电路似乎无处不在。所以这仍然是一个悬而未决的问题。

PVNH 患者的神经元块明显位于错误的位置。然而，这些人中有些人是首席执行官、医学生或计算机程序员，有些人的智商为 140。令人惊讶的是，他们似乎在使用那些异常放置的神经元进行思考。神经元似乎与常规皮层相连——有时以奇怪的方式。这只是将大脑组合在一起的一种完全不同的方式。

我有时认为大脑皮层是为了躲避遗传而进化的大脑的一部分。我们拥有所有这些在进化和功能上都是保守的部分，比如脑干、小脑和下丘脑。然而，皮层的设计似乎相当不确定。这就像你买了一个大硬盘，以为你以后会弄清楚你会用它做什么。皮质就像计算机上的扩展槽。

当谈到理解是什么让我们成为人类时，似乎我们最好的办法是通过基因组来做到这一点。通过将我们的基因组与黑猩猩和尼安德特人的基因组进行比较，我们可以寻找“人类加速区域”，这些区域在我们最近的邻居中是保守的，但在人类中却略有不同。这表明它们具有基本功能，但在人类中，该功能可能发生了一些变化。在我们的基因组中有数千个这样的人类加速区域。我们优先考虑那些在神经系统疾病中发生突变的基因。这就是大自然如何识别基因组中至关重要的部分：这些区域的破坏与疾病相对应。一些人类加速区域的突变在自闭症谱系障碍儿童中更为常见。

意识和行为是由一堆细胞和化学物质介导的整个想法——这怎么可能？从理论上讲，如果我们知道思想或意识是人类独有的，那么进行足够的基因组测序可能会让我们识别出人类和非人类之间不同的片段。这可以为我们提供解决问题的方法。问题是，我们甚至不了解我们人类同胞的心理过程，更不用说其他动物如何体验这个世界了。我们的狗似乎有一种“人格”的感觉。这种认同感存在于大脑的什么位置？我不知道，我不确定我们是否拥有解决该问题所需的实验工具。这仍然是一个有趣的问题。