Имя материала: Психогенетика

Автор: И.В. Равич-Щербо

2.генотип-средовые соотношения в изменчивости ээг и вп на разных этапах онтогенеза

 

ВОЗРАСТНАЯ ДПНАМПКА ГЕНОТИП-СРЕДОВЫХ СООТНОШЕНИЙ

В ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЕ

Несмотря на то что темпы созревания биоэлектрической активности, проявляющиеся в возрастании основной частоты и регулярности, высоко индивидуальны, более высокое сходство ЭЭГ в парах МЗ близнецов по сравнению с ДЗ характерно не только для взрослых, но и для детей. Ф. Фогель в результате изучения возрастной динамики внутрипарного сходства 110 пар МЗ и 96 пар ДЗ близнецов с 6 до 80 лет пришел к заключению, что темп возрастных изменений ЭЭГ обусловлен генетически, поскольку в периоды ее наиболее заметной перестройки - и в детстве, и в зрелом возрасте - МЗ близнецы имеют идентичные кривые [159]. Однако специального анализа возрастных различий в наследуемости параметров ЭЭГ он не проводил.

Исследований, прямо посвященных изучению возрастной динамики генотип-средовых соотношений в изменчивости ЭЭГ и ее параметров, немного. Они появились в начале 70-х годов и были выполнены методом близнецов [88, 162]. В них целенаправленно сравнивались эффекты генетических влияний в межиндивидуальной вариативности параметров ЭЭГ на разных этапах онтогенеза. Наиболее интересный результат заключался в том, что генетические влияния в параметрах ЭЭГ в разных возрастах проявлялись с разной силой. Иными Вовами, в одних случаях эти влияния были выражены сильнее, в других слабее, в третьих не обнаруживались совсем. Так, при сопоставлении данных близнецов трех возрастных групп (младших школьников, подростков и взрослых) были выявлены значительные возрастные различия в генотип-средовой детерминации параметров ЭЭГ(табл. 18.1). По этим данным можно, например, констатировать некоторое увеличение наследуемости суммарной энергии альфа- и бета-1 ритмов в подростковом возрасте. Однако относительно небольшое количество пар не позволяет считать этот факт окончательно установленным.

Таблица 18.1

Внутриклассовые корреляции параметров ЭЭГ покоя у близнецов трех возрастов [по: 33]

Возраст

(годы)

Группа

Суммарная энергия

дельта

тэта

альфа

бета-1

Бета-2

10-11

МЗ (п = 30) ДЗ (и = 26)

661**

573**

777** 537**

807*** 528**

890*** 793**

712**

180

14-16

МЗ (и = 19) ДЗ (л = 19)

735** 655**

852** 660**

949***

426*

862***

267

633**

208

18-25

МЗ (п = 26) ДЗ (п = 22)

584** 288

855*** 409

900*** 663**

759**

491*

850***

 282

 

 

 

 

Частота

10-11

МЗ (п = 30) ДЗ (п = 26)

651** 066

848*** 816***

873***

483*

242

379

501*

506*

14-16

МЗ (п = 19) ДЗ (я = 19)

114 -131

180

-098

754**

622*

405

 -090

379

227

18-25

МЗ (п = 26) ДЗ (п = 22)

-140 -024

520**

019

433*

357

249

238

653*

318

 

• р < 0,05; ** р < 0,01; *** р < 0,001.

 

В исследовании 25 пар МЗ и 12 пар ДЗ близнецов в возрасте 10-12 мес. анализировался вклад генотипа в индивидуальные особенности доминирующей частоты 6-8 Гц, которая рассматривалась авторами как функциональный аналог альфа-ритма [499]. Показатель наследуемости составил 0,67. В 10-11 лет показатель наследуемости частоты альфа-ритма был 0,78, а во взрослом возрасте- 0,60 [132]. Таким образом, вклад генотипа в индивидуальные особенности частоты альфа-ритма относительно высок на разных этапах развития. Тем не менее сравнение показателей наследуемости не позволяет установить, идентичные или разные генетические влияния определяют межиндивидуальную изменчивость данного показателя в изученные периоды развития. Для установления генетически обусловленной преемственности развития необходимо лонгитюдное исследование наследуемости параметров альфа-ритма.

Данный подход получил продолжение в последние годы в исследованиях, выполненных на значительно больших выборках близнецов ц с привлечением современных методов генетико-статистического анализа. Наиболее представительной в этом плане является программа исследований, проводимых голландскими учеными.

В исследовании К. Ван Баал [430] на материале 209 пар МЗ и ДЗ близнецов 5 лет изучались генотип-средовые соотношения в спектральной мощности ЭЭГ по шести частотным диапазонам (табл. 18.2). Оценивали абсолютную суммарную мощность в соответствующих диапазонах и относительную мощность, определяемую как отношение мощности каждого дипазона к общей суммарной мощности. Относительная мощность характеризует степень выраженности данной спектральной составляющей в общем спектре ЭЭГ.

Таблица 18.2

Наследуемость спектральных мощностей ЭЭГ покоя в пятилетнем возрасте [по: 430]

 

Спектральная

полоса

 

Частотный диапазон

(в Гц)

Наследуемость (в \%)

(усредненная по 14 отведениям)

Абсолютная

мощность

Относительная

мощность

дельта

1,5-3,5

55

63

тэта

4,0-7,5

81

76

альфа-1

8,0-9,5

81

71

альфа-2

10,0-12,5

78

72

бета-1

13,0-17,5

78

68

бета-2

18,0-25,0

64

65

 

В результате было установлено более высокое сходство МЗ близнецов по всем ритмическим составляющим спектра ЭЭГ (его абсолютной и относительной мощности) в полосах: дельта, тэта, альфа-1, альфа-2, бета-1, бета-2. Генетическая модель, включающая аддитивный генетический и уникальный (индивидуальный) средовый компоненты, объясняет индивидуальные различия как в абсолютной, так и в относительной мощности почти во всех спектральных полосах и во всех точках регистрации ЭЭГ. Оценка влияний систематической среды не проводилась. Наследуемость спектральных составляющих ЭЭГ по показателям большинства полос оказалась очень высокой (см. табл. 18.2). Влияния факторов пола обнаружено не было Эти факты говорят о том, что в 5 лет индивидуальные особенности фоновой ЭЭГ в значительной степени обусловлены генотипом.

Несколько иные результаты были получены при исследовании генетической обусловленности трех субкомпонентов альфа по показателям спектральной мощности на близнецах 6-8 лет [32]. Три поддиапазона включали-альфа-1 - 7,7-8,9 Гц; альфа-2 - 9,3-10,5 Гц; альфа-3 - 10,9-12,5 Гц [143] Исследование генетической обусловленности трех субкомпонентов альфа-проведенное на близнецах 6-8 лет методом подбора моделей, показало, что в этом возрасте индивидуальные различия спектральных характеристик низкочастотной составляющей обусловлены в основном аддитивными генетическими эффектами, а высокочастотной составляющей - эффектами систематической и случайной среды. Таким образом, функциональная неоднородность альфа-ритма в этом возрасте, видимо, имеет определенные генетические основания.

В рамках упоминавшейся выше голландской программы, т.е. с использованием тех же методов регистрации и способов анализа, проводилось изучение наследуемости спектральных характеристик ЭЭГ подростков 16 лет (91 пара МЗ и 122 парыДЗ близнецов). Практически по всем показателям наблюдалось высокое сходство МЗ близнецов; коэффициенты внутриклассовой корреляции у них составили около 0,85, у ДЗ - в большинстве случаев в два раза меньше; коэффициенты наследуемости у подростков в среднем несколько выше, чем у 5-летних детей. Так, усредненный по всем отведениям коэффициент наследуемости составляет 0,90, лишь в дельта-диапазоне он несколько ниже - 0,75. Существенных межзональных различий не установлено. Как и в исследовании 5-летних близнецов, наиболее соответствующей оказалась простая генетическая модель [432].

К. Ван Баал с коллегами [430] изучали также наследственные влияния в когерентности ЭЭГ, которая расценивается как показатель интенсивности связей, существующих между разными отделами мозга. Данные были получены при исследовании фоновой ЭЭГ у 167 пар МЗ и ДЗ близнецов 5 лет. Когерентность вычислялась в тэта-полосе 4,0-7,5 Гц, поскольку тэта-ритм в этом возрасте считается доминирующим ритмом ЭЭГ. Когерентность оценивалась между префронталь-ной, фронтальной, центральной, теменной и затылочной областями отдельно в каждом полушарии (рис. 18.1), причем в двух вариантах- для коротких и длинных расстояний. В первом случае оценка когерентности проводилась попарно для тэта-ритма префронтальной и фронтальной, префронтальной и центральной, центральной и затылочной, центральной и теменной, теменной и затылочной областей (расстояние между точками отведения 7-14 см). Во втором случае попарно сравнивался тэта-ритм фронтальной и затылочной зон, префронтальной и теменной, префронтальной и затылочной (расстояние межДУ точками отведения 21-28 см).

Генетический анализ, проведенный методом подбора моделей, обнаружил значительные влияния генетических факторов во всех показателях когерентности. Наследуемость в широком смысле оказалась довольно высокой в разных вариантах сопоставления отведении. Средняя величина наследуемости составляла 49\%, варьируя в диапазоне от 30 до 71\%. При этом был установлен ряд интересных фактов, и прежде всего - различия в наследуемости для показателей когерентности, полученных на коротких и длинных расстояниях. Когерентность тэта-ритма для соседних отведении (например, префронтального и фронтального, теменного и затылочного) обнаружила значительно меньшую наследуемость по сравнению с когерентностью, характеризующей взаимосвязь далеко расположенных зон (префронтальной и затылочной, префронтальной и теменной). Этот факт представляется особенно существенным, если иметь в виду, что ретестовая надежность выше на коротких расстояниях: ее показатель варьирует от 0,91 Для соседних отведении до 0,62 для наибольшего расстояния.

Таким образом, хотя ошибка измерения возрастала по мере уве личения расстояния между отведениями, показатель наследуемости не только не становился ниже, а, напротив, увеличивался. Невысокая наследуемость когерентности в соседних отведениях в сочетании с высокой надежностью говорит о существенном вкладе среды в формирование когерентных отношений между тэта-активностью соседних зон. Что касается когерентности тэта-ритма на длинных расстояниях, есть все основания говорить о значительном вкладе генетических факторов в межиндивидуальную изменчивость по этим показателям Причем генетический компонент здесь в основном формируется за счет доминантной составляющей, в то время как наследуемость когерентности близких отведении полностью определяется только аддитивными влияниями (см. рис. 18.1).

 

            

 

Рис. 20.1. Наследуемость когерентности (аддитивная и доминантная составляющие с 80\% доверительным интервалом).

а- для префронтальных отведении Fp1 и Fp2; б - для затылочных отведении О1 и О2 [по: 430].

Обозначения: ▭- аддитивная наследуемость; ▬ - доминантная наследуемость.

 

По-видимому, длинные аксональные связи между сенсорными проекционными и фронтальными областями в своем формировании больше зависят от генотипа, чем межнейронные связи в соседних зонах мозга.

В дальнейшем онтогенезе происходят существенные изменения в спектре ЭЭГ и когерентности. Закономерно возникает вопрос: как проявляют себя генетические влияния в этих показателях на следующих стадиях развития? Для того чтобы оценить природу межиндивидуальной изменчивости возрастных преобразований когерентности, те же авторы исследовали когерентность тэта-ритма у тех же близнецов по прошествии в среднем 1 года 7 месяцев после первой регистрации. 192 пары близнецов прошли повторное исследование в 7 лет. Общая схема регистрации ЭЭГ и подсчета когерентности в обеих возрастных группах совпадали, что обеспечивало возможность такого анализа.

Авторы ставили две задачи: во-первых, установить, увеличиваются ли с 5 до 7 лет генетические влияния в индивидуальных особенностях когерентности ЭЭГ, т.е. будет ли наследуемость по этим показателям в 7 лет выше, чем в 5, и, во-вторых, выяснить, включаются ли новые генетические влияния в 7 лет, или генетические эффекты опос-редуются одними и теми же генами и в том, и в другом возрасте. Методом подбора моделей в межвозрастной вариативности и ковариа-ции когерентности в 5 и 7 лет были выделены средовая и генетическая составляющие, общие для обоих возрастов и специфические для 7 лет. Динамика показателей наследуемости, генетического и средового (уникального для каждого члена пары) компонентов дисперсии представлена в табл. 18.3. Оказалось, что в 7 лет наследумость когерентности в передних отделах коры снизилась, а в задних, напротив, возросла (в том и другом случае в среднем на 10-15\%). Средовый компонент дисперсии (влияния индивидуальной среды) с возрастом уменьшился.

Тенденция к увеличению наследуемости когерентности с возрастом подтверждается данными и другого исследования, в котором изучалась внутриполушарная когерентность у 213 пар близнецов подросткового возраста. Средний показатель наследуемости оказался несколько выше, чем в описанном исследовании, и составил 60\% [432, 430].

Межвозрастная преемственность генетических влияний оценивалась с помощью генетических корреляций. Напомним, что генетическая корреляция характеризует степень генетической общности, т.е. наличие общих или коррелятивно связанных генетических факторов, определяющих совместную межиндивидуальную изменчивость анализируемых пар признаков в каждой из возрастных групп [151, 355].

Таблица 18.3

Изменения коэффициента наследуемости, генетической и индивидуальной средовой составляющих вариативности когерентности ЭЭГ

в возрастном интервале от 5 до 7 лет [по данным 430]

 

 

 

h

Vg

Ve

Л

П

Л

П

Л

П

Fр-F

-

=

-

-

-

-

Fр-С

-

=

-

-

=

-

Fр-Р

-

=

-

-

+

-

Fр-0

+

+

=

+

 

 

 

 

F-0

+

+

=

+

-

-

С-О

+

+

=

+

-

-

P-0

+

+

=

+

-

-

 

Обозначения: + увеличение наследуемости, генетической или средовой составляющей с возрастом; - уменьшение; = отсутствие изменений. Зоны: префронтальная - Fр, фронтальная - F, центральная - С, теменная - Р, затылочная - О; Л- левое полушарие, П - правое полушарие.

 

Если бы генетические корреляции между показателями когерентности в 5 и 7 лет были равны 1,0, то это означало бы, что в обоих возрастах действуют полностью совпадающие генетические факторы. Равенство их 0 означало бы, что эффекты генов, действующих в 5 лет, к 7 годам полностью заместились новыми генетическими влияниями. Процент общей ковариации, объясняемой ковариацией генетических эффектов, колебался в пределах от 61 до 100\%. Из этого следует, что хотя общие для двух возрастов генетические факторы объясняют большую часть дисперсии когерентности, наблюдаемой в 5 и 7 лет, тем не менее в 7 лет добавляются и новые генетические влияния.

Таким образом, в возрасте 5-7 лет не только характеристики локальной ЭЭГ, но и особенности системного объединения ЭЭГ разных зон коры больших полушарий испытывают на себе существенное влияние генотипа. Причем в обоих возрастах значительная доля генетической составляющей наблюдаемой дисперсии показателей, отражающих это объединение, является результатом действия общих генетических факторов.

 

ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА ГЕНОТИП-СРЕДОВЫХ СООТНОШЕНИЙ

В ВЫЗВАННЫХ И СОБЫТИЙНО-СВЯЗАННЫХ ПОТЕНЦИАЛАХ

Работ, в которых исследуется возрастная динамика соотношений генотипа и среды в изменчивости вызванных потенциалов, - единицы Между тем они очень перспективны, поскольку (по современным представлениям) возрастные особенности таких реакций непосредственно отражают созревание физиологических механизмов сенсорных и перцептивных процессов. Изучая соотношение генетических и средовых детерминант вызванных потенциалов в онтогенезе, исследователи могут косвенно судить о том, какое влияние оказывает генотип на возрастное формирование физиологических механизмов различных психических процессов.

Как показывают первые исследования, вклад генотипа в изменчивость ВП в разные возрастные периоды может оказаться разным. Об этом свидетельствует изучение зрительных ВП у близнецов младшего школьного возраста и подростков [107]. Проводилось сравнение гено-тип-средовых соотношений в изменчивости параметров ВП на зрительные стимулы у близнецов трех возрастных групп: 8-9, 10-12 и 18-25 лет. (Описание стимулов и условий регистрации ВП см. гл. XIV, рис. 14.4.) Основная задача заключалась в сопоставлении относительной роли факторов генотипа в изменчивости параметров ВП в каждой из возрастных групп. В табл. 18.4 приводится процент от общего числа показателей ВП (амплитуд и латентностёй всех компонентов во всех отведениях, взятых вместе), для которых корреляции внутрипарного сходства МЗ близнецов статистически достоверно превосходили такие же корреляции ДЗ близнецов. Говоря другими словами, это процент показателей, в изменчивости которых проявляется действие генотипа и по которым можно судить об относительной роли наследственности и среды в изменчивости параметров ВП в целом.

Из табл. 18.4 следует, что количество генетически обусловленных показателей ВП с возрастом меняется: влияние генотипа минимально у детей 8-9 лет, значительно увеличивается при переходе к подростковому возрасту и несколько снижается у взрослых. Таким образом, наблюдается тенденция к более отчетливому проявлению влияний генотипа у подростков и взрослых по сравнению с младшим школьным возрастом. Отчасти это может быть связано со снижением внутрииндивидуальной вариативности ВП в онтогенезе и повышением ретестовой надежности В П. Однако больше всего генетически обусловленных показателей приходится на подростковый возраст, когда изменяется гормональный статус и повышается активность подкорковых структур [143]. По некоторым данным, на фоне повышенной активации генетическая обусловленность ВП проявляется с большей силой (см. гл. XIV).

 

Таблица 18.4

Число генетически обусловленных показателей ВП (в \%) в разных возрастных группах

 

Группы

Зоны регистрации

(возраст, лет)

0Z

СZ

Т5

Т6

F3

F4

X

8-9

31

33

33

24