2. ГЕНОТИП-СРЕДОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ИЗМЕНЧИВОСТИ ЭЭГ И ВП НА РАЗНЫХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА - Психогенетика - Равич-Щербо. В.

ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА 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 — ив 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 словами, 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

Таблица 18.1

Внутриклассовые корреляции параметров ЭЭГ покоя у близнецов

трех возрастов [по: 33]

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

(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.

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 и 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 диапазона 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]

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 пары ДЗ 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, пре фронтальной 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, префронталь-ной и теменной, префронтальной и затылочной (расстояние между точками отведения 21-28 см).

Рнс 20.1. Наследуемость когерентности (аддитивная и доминантная со­ставляющие с 30% доверительным интервалом).

а—для префронтальныхотведений^.и/1,; б — для затылочных отведений Ли О,

[по: 430J.

Обозначения: □ — аддитивная наследуемость; ■ — доминантная наследуемость.

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 отведений. 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 отведений (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 отведений до 0,62 для наибольшего расстояния.

Таким образом, хотя ошибка измерения возрастала по мере уве­личения 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 отведений полностью определяется только адди­тивными влияниями (см. рис. 18.1).

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 опос­редуются 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 наследуемость 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  подрост-

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]

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

кового 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].

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 латентностей 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  подрост-

Таблица 18.4.

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

ковому 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 внут-рииндивидуальной вариативности ВП в онтогенезе и повышением ретестовой надежности ВП. 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).

Для того чтобы установить меру общности генетических влияний, обнаруженных в изменчивости параметров ВП на разных этапах онто­генеза, необходимо оценить генетическую преемственность с помо­щью межвозрастных генетических корреляций, получаемых на основе лонгитюдного исследования близнецов. Такая процедура была осуще­ствлена для двух младших возрастных групп, поскольку 18 пар МЗ близнецов были обследованы дважды со средним интервалом в три года. По данным этих исследований были вычислены генетические корреляции, позволившие оценить меру общности генетических вли­яний, определяющих индивидуальные особенности параметров ВП в младшей и средней возрастных группах.

Анализ генетических корреляций параметров ВП всех зон говорит об относительной независимости генетических влияний в изменчиво­сти ВП младшей и средней групп. В подавляющем большинстве случа­ев генетические корреляции оказались невысокими: из всей их сово­купности только 34% превысили уровень 0,3.

По-видимому, в возрастном интервале от 8 до 11 лет происходят значительные изменения в генетическом контроле систем и механиз­мов, обеспечивающих сенсорный анализ и восприятие простых зри­тельных стимулов. Для подавляющего большинства показателей ВП генетическая общность не превышает 30%. Это значит, что генные системы, определяющие индивидуальные особенности зрительных ВП, при переходе к подростковому возрасту становятся иными. Учитывая, что в данном возрасте резко увеличивается число генетически обус­ловленных показателей ВП, можно высказать такое предположение: основой для этого служит включение новых генов, которое происхо­дит в период полового созревания.

Итак, судя по приведенным фактам, для большинства показате­лей зрительных ВП вклад генотипа в обеспечение преемственности индивидуального развития в период полового созревания сравнитель­но невысок. ВП, возникающие в ответ на стимулы других модальнос­тей, с этой точки зрения не исследовались.

О вкладе наследственных факторов в изменчивость эндогенных компонентов  ССП  в  детском  возрасте  известно  немного.   В  исследова-

нии К. Ван Баал и Д. Бумсма [430] изучались параметры компонента Р3 у 164 пар МЗ и ДЗ близнецов в возрасте 5 и 7 лет. Использовался вари­ант эксперимента с разновероятным предъявлением зрительных сти­мулов (oddball paradigm). ВП регистрировались на два типа штриховых рисунков: 100 изображений собаки (несигнальные) и 25 изображений кошки (сигнальные). Испытуемые должны были про себя считать чис­ло сигнальных стимулов, которые предъявлялись в псевдослучайном порядке. Амплитуды и латентные периоды компонента Р3 оценивались в отведениях С3, С4, СZ и Р3, Р4, РZ. В обоих возрастах процедура прове­дения эксперимента была идентичной.

При сопоставлении амплитуд и латентностей ССП на сигнальные и несигнальные стимулы в той и другой возрастной группе были вы­явлены следующие эффекты: 1) влияние возраста, которое прояви­лось в уменьшении амплитуды и сокращении латентности Р3 в 7 лет по сравнению с 5 годами; 2) влияние типа стимула — амплитуды Р3 были больше, а латентности — длиннее в ответах на целевые (сигналь­ные) стимулы; 3) влияние области регистрации ответа: наибольшая амплитуда Р3 была в теменной области — точке РZ, наиболее длинные латентные периоды были зафиксированы в центральных областях. По­ловых различий для средней амплитуды и латентности не обнаружено.

Методом подбора моделей был установлен значительный генети­ческий вклад в изменчивость амплитуд и латентностей Р3. Значитель­ная часть межиндивидуальной вариативности латентных периодов Р3. имеет генетическую природу: наследуемость составляла от 13 до 78% в 5 лет и от 36 до 99% в 7 лет. Наследуемость амплитуд в ответах на сигнальные стимулы была низкой — от 0 до 19%, однако в ответах на несигнальные стимулы она существенно повышалась (36-86%). Пос­леднее было характерно для обоих возрастных групп. Генетические корреляции показали, что в большинстве зон регистрации один и тот же набор генов влияет на изменчивость амплитуд и латентностей Р3. Только в двух областях (СZ и Р3) в 7 лет были обнаружены влияния дополнительного генетического фактора, общего для латентных пе­риодов Р3, на сигнальные и несигнальные стимулы. Авторы считают, что стабильные индивидуальные различия в латентных периодах и амплитуде компонента Р3 в ответах мозга на несигнальные стимулы генетически детерминированы и влияния генотипа устанавливают­ся, главным образом, в 5 лет.

Взаимосвязи генетических эффектов в двух возрастах, которые характеризует генетическая корреляция, могут быть очень сложными и многократно опосредованными. Анализируя возможную природу межвозрастных генетических корреляций, Р. Пломин [355] подчерки­вает, что даже в тех случаях, когда генетическая корреляция равна 1,0, это необязательно означает, что одни и те же гены транскриби­руются в двух возрастах. Некоторые гены могут прекратить транскрип­цию   во   втором  возрасте,   но   последствия  их  активности  (в  виде   сложившихся различий в нервных сетях) могут вносить свой вклад в ге­нетическую корреляцию. И напротив, в случае, если генетическая кор­реляция между двумя точками в онтогенезе равна нулю, активно транс­крибируемые гены, которые действуют на признак в первом возрас­те, могут продолжать транскрипцию и во втором возрасте, однако продукты активности этих генов могут иметь уже другие последствия или отдаленные эффекты,

ПОТЕНЦИАЛЫ МОЗГА, СВЯЗАННЫЕ С ДВИЖЕНИЕМ (ПМСД)

Наследуемость этих потенциалов мозга также может изменяться в ходе онтогенеза [124]. По результатам обследования 45 пар МЗ и 34 пар ДЗ близнецов 8-13 лет, выполнявших простое произвольное движе­ние (нажатие на кнопку), Е.В. Орехова выявила некоторую специфику наследуемости параметров ПМСД у детей по сравнению со взрослыми.

В табл. 18,5 приведены коэффициенты наследуемости амплитудных параметров ПМСД у детей и взрослых. Сравнение показателей насле­дуемости говорит о том, что у детей генетические влияния имеют топографию, отличную от взрослых. Иначе говоря, максимум генети­ческих влияний в изменчивости параметров ПМСД у детей и взрос­лых отмечается в разных зонах коры. Так, у детей влияние генотипа на индивидуальные особенности потенциала готовности обнаруживает­ся только в правом лобном отведении F4; у взрослых же оно сильнее

Таблица 18.5

Сопоставление оценок наследуемости параметров ПМСД у детей 8-13 лет и у взрослых [124]

Примечание, Прочерки означают, что коэффициенты внутриклассовой корреля­ции МЗ и ДЗ близнецов не анализировались, поскольку средние значения призна­ков различались в выборках МЗ и ДЗ близнецов. ПГ у детей измерялся как средняя амплитуда потенциала на интервале 260-0 мс до движения, у взрослых — как амплитуда потенциала за 100 мс до движения.

выражено в области представительства правой руки — в центральной зоне противоположного полушария (С3) [104]. Это свидетельствует о том, что с возрастом увеличивается роль генотипа в изменчивости амп­литуды потенциала готовности проекционной двигательной области.

Приведенные данные позволяют предположить, что по мере созре­вания механизмов произвольной регуляции движения доля генетичес­кой составляющей в изменчивости нейрофизиологических процессов, обеспечивающих планирование и подготовку движения, возрастает,

* * *

Онтогенетические изменения в эффектах действия генетических факторов, механизм которых пока еще неясен, приводят к тому, что межиндивидуальная изменчивость фенотипически одного и того же биоэлектрического признака в разные возрастные периоды может иметь разные детерминанты. Эти явления изучены еще очень мало, но есть данные, свидетельствующие о том, что параметры ЭЭГ (суммарные энергии, частоты и спектральные мощности ритмических составляю­щих, когерентность) на разных стадиях онтогенеза в различной сте­пени обусловлены генотипом. То же самое справедливо и для зритель­ных ВП, эндогенных компонентов ССП, а также потенциалов мозга, связанных с движением. Наряду с возрастными различиями в насле­дуемости упомянутых биоэлектрических признаков получены немно­гочисленные, но достаточно убедительные факты, говорящие о нали­чии генетически обусловленной межвозрастной преемственности в их формировании, пока на относительно небольших участках индивиду­ального развития.