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拥有最强大脑的代价

很多人都知道狗也会服用百忧解(一种治疗抑郁的药物)。我们还看到过患有精神病的犬类眼珠转动的样子。溺爱宠物的人(包括我自己)总以为它们也能患上各种心理疾病。实际上,科学研究也确实表明许多非人类动物会出现精神方面的病症。

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比如,鸟类可能患上强迫症;马有时会出现病理性的强迫行为;海豚和鲸鱼(尤其是那些囚禁在水族馆里的)会自残。当你的宠物狗从窗口悲伤地望着你开着车离开,它可能患上了《精神错乱诊断与统计手册》所记载的分离焦虑症。科学史学家兼《动物精神病》(Animal Madness)作者劳雷尔·布莱特曼(Laurel Braitman)在该书中写道“任何有大脑的动物都有偶尔心智失控的可能。”


不过其他动物至少逃过了一种在人类社会普遍存在的精神类病症,即影响了大约0.4%~1%成年人的精神分裂症(schizophrenia)。尽管实验室有动物思觉失调(psychosis,指的是出现无法分辨幻觉和现实的症状,可由精神分裂症引发)模型,研究者也曾从笼中观察到动物的怪异行为,但大多数专家都认同思觉失调在其他物种中并不常见,而抑郁症、强迫症和焦虑症已经被发现许多非人类物种中发现。


这就引出了另一个问题:为什么这种毁灭性的致命疾病仍在阴魂不散地缠着人类呢?从最近的大量研究中,我们得知导致精神分裂症的最主要的原因还是遗传因素。你或许会认为,自然选择理应逐渐消除掉会导致思觉失调的基因。


今年年初发表在《分子生物学与演化》(Molecular Biology and Evolution)上的一项研究为解答这样一个问题提供了线索——人脑是怎样获得了患上精神分裂症的潜在可能的,根据这个还提出了可能的治疗手段。结果表明,思觉失调可能是我们拥有具备复杂认知能力的最强大脑所要付出的不幸代价。


人类基因组的研究热点


西奈山伊坎医学院基因组学教授乔尔·杜德利(Joel Dudley)领导的研究表明,因为精神分裂症在人类中相对常见,所以可能存在一个复杂的演化故事能够解释精神分裂症为何一直保留在人类中未被自然选择剔除,还有为什么只会出现在人类身上。杜德利和他的同事对人类基因组中的某个片段特别感兴趣,该基因组是于2006年首次确认的人类加速演化区(human accelerated region,HAR)。


HAR是一小段DNA,其他物种的HAR保持不变,但人类的HAR则在我们与黑猩猩“分道扬镳”之后经历了快速的演化,大概是因为它们为人类提供了特有的益处。HAR本身并参与蛋白质编码,它主要帮助调节相邻基因。在极大程度上,精神分裂症和HAR表现为人类特有,因此,研究人员怀疑这两者之间是否有可能存在关联。


为了找出该关联,杜德利和同事使用了从精神疾病基因组联盟(Psychiatric Genomics Consortium)中挑选的数据,这是一项鉴定与精神分裂症相关的基因变体的大型研究。他们首先评估了与精神分裂症相关的基因是否邻近人类基因组中的HAR——是否会比完全随机分布更靠近。结果显示,这些基因确实接近HAR,这表明HAR起着调控那些导致精神分裂症的基因的作用。而且,通过比较人类与黑猩猩的变化模式我们可以发现,相比其他精神分裂症基因,与HAR关联的精神分裂症基因正经历着巨大的演化选择压力。该观察结果意味着这些人类基因的变体从某种程度上说是非常必要的,尽管它们也携带着风险。


为了弄清楚这些基因到底有何益处,杜德利的团队求助了基因表达谱。基因序列提供了某个器官的基因组序列,但是基因表达谱则揭示了特定的基因是在何时何处激活的。杜德利团队发现,与HAR关联的精神分裂基因所在的基因组区域会影响前额叶皮质中其他基因的表达,前额叶皮质是位于额头后面的一个大脑区域,参与高阶思考。前额叶皮质功能受损被认为是导致思觉失调的原因。


他们还发现这些肇事基因参与了前额叶皮质中的一系列关键人类神经功能,包括神经递质GABA(伽马氨基丁酸)经过突触从一个神经元到另一个神经元的传导。GABA主要通过抑制大脑某些部分的多巴胺来抑制或调节神经活动。在精神分裂症的情况下,GABA存在功能缺陷,多巴胺分泌失控,导致出现思觉失调常有的幻觉、错觉和思想混乱。换句话说,精神分裂症患者的大脑缺乏控制。


杜德利解释说,“这项研究的最终目的是弄清楚演化是否能提供一个额外的视角,帮助我们研究精神分裂症的基因构造,进而能够更好地理解和诊断疾病。”明确哪些基因与精神分裂症的关系最为密切,以及它们是如何表达的,有助于研究更有效的疗法,比如影响GABA功能的疗法。


越大不一定越好


杜德利的发现可能解释了为什么精神分裂症首先发生在人类身上,而不是其他动物。他解释说,“有研究显示,人类语言的出现和精神分裂症和孤独症的遗传基础有关。”实际上,语言功能缺陷(典型的表现是话语紊乱或多个话题间的跳跃性转换)是精神分裂症的特征之一,而GABA对说话、语言以及其他高阶认知有着至关重要的作用。“我们的演化分析最终锁定了GABA在前额叶皮质中的功能,这样的事实似乎讲述了一个将精神分裂症风险与智商联系到一起的大脑演化故事。


从另一方面看,原因也可能在于人脑有更多的机会出错——复杂的、具有高度社交性的人类思维,以及为这些更高级的认知能力提供基础的复杂遗传编码:复杂的功能招致了复杂的功能缺陷。


杜德利小心谨慎地不去夸大他的研究工作所涉及的演化意义。他说,“有一点很重要,那就是要注意到我们的研究不是特地设计出来权衡演化的得失,但是我们的发现却佐证了这样的一个假说:人类拥有先进认知能力可能要付出相应的代价——更容易患上精神分裂症。


“他还承认新的研究工作并没有鉴定出任何“证据确凿的基因”,精神分裂症的遗传学极为复杂。杜德利仍然觉得演化基因分析能够帮助确定导致精神分裂症和其他人类独有精神疾病的重要基因和病理机制。人类独有的精神疾病,也就是那些与高阶认知和GABA活动有关的神经发育障碍,包括孤独症和注意力缺陷/多动症。


实际上,3月在线发表于《分子精神病学》(Molecular Psychiatry)上的一项研究称,和孤独症谱系障碍有关的基因变体在一般人群中与更好的认知功能存在联系,尤其是提高了认知、记忆和语言智力功能。“研究表明,有些变体对认知能力是有正面作用的,”爱丁堡大学领导作者托尼-吉姆?克拉克(Toni-Kim Clarke)说。这些发现可能有助于解释为什么患有孤独症的人有时会展现出非凡的认知天赋。


克拉克的发现支持了杜德利的推断:获得更高级的认知能力或许要付出相应代价。我们从灵长类表亲中脱颖而出,我们的基因组(尤其是HAR)快速演化,赋予了我们不断增强的潜能,而这些能力正是其他物种所没有的。而在这样的过程中,基因组可能会使我们的大脑易于出现偶发的复杂功能缺陷,但也使得我们有能力进行生物医学研究,致力于有朝一日能治好有功能缺陷的大脑。


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