科学家发现 52 个与智力相关的基因,但这不等于了解“聪明”_智能_好奇心日报

Carl Zimmer2017-05-25 06:54:52

基因对智力有着显著影响。但这并不意味智力水平只由基因决定。

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关于智能的研究取得了显著进展,一个欧美科学家联合团队周一发表声明,他们已经从近 80000 名受试者样本中识别出了 52 个与智力相关的基因。

但这些基因并不决定智力水平。研究人员说,它们的综合影响力极其微小,并表示预计相关基因还有上千个,仍然有待发现。而同样重要的是,智力水平在很大程度上取决于外界因素。

专家说,不管怎样,该发现使在推理和解决问题的生理基础领域实施新实验成为了可能。它们甚至有可能帮助研究人员决定影响儿童学习能力的最佳干预方式。

未参与该研究的德克萨斯大学(University of Texas)心理学家佩奇·哈登(Paige Harden)说:“这是个巨大的成就。”

近百年来,心理学家通过询问受试者问题来研究人类智能。他们的测验逐渐形成了一系列测试,每项测试都会深入研究不同的智力能力,如语言推理能力和记忆能力。

在一项典型的测试中,任务可能包括想象一个物体转动、选出能组成某一图像的形状、或是当某一指定类型单词出现时尽快点击按钮。

每一位受试者将根据其能力得到不同的评分,但整体来说这些评分趋于一致,在某项测试得分较低的受试者通常在其他项下得分也不高,反之亦然。心理学家通常将这一类通性称为一般智力。

现在还不清楚到底是大脑中哪一部分决定了智力水平。神经系统科学家通过比较高分受试者和低分受试者的大脑来寻求线索,而他们也找到了一些。

大脑体积只解释了这种差别的很小一部分,例如有很多人大脑体积小于其他人,但得分却比大脑体积较大的人高。

另一些研究则表示,智力水平与大脑将信号在不同区域传递的效率有关。

阿姆斯特丹自由大学遗传学家、这篇新论文的主要作者丹妮尔·波斯蒂马从 1990 年代开始对智能研究产生兴趣。她说:“我对大脑的工作方式一直很感兴趣,是由于大脑中的连接吗?又或者是由于缺乏充足的神经传导物质呢?”

阿姆斯特丹自由大学(Vrije University Amsterdam)遗传学家丹妮尔·波斯蒂马(Danielle Posthuma)。图片版权:Yvonne Compier

波斯蒂马博士希望找出影响智力水平的基因。她的研究从拥有相同 DNA 的同卵双胞胎开始。她和她的同事发现,和异卵双胞胎相比,同卵双胞胎的智力测试成绩更接近。

还有无数其他研究也得出了相同的结论,这表明基因对智力有着显著影响。但这并不意味智力水平只由基因决定。

我们所处的外界环境也会对智力发展产生影响,科学家们只对其中一些取得了深入了解。例如,饮用水中的铅元素会拉低测试成绩。在食物缺乏碘元素的地区,给儿童添加碘元素摄入则可以提高测试分数。

DNA 排序技术的进步提高了科学家找到影响智力测试不同得分的单个基因的可能性。有些基因能在小规模样本中被识别出来,但在大规模样本研究中,它们的影响却没能再现。

有些科学家转而求助现在名为全基因组关联研究的方法,她们将散布于大量无亲属关系人群 DNA 中的基因物质片段进行排序,然后再看拥有共同特定条件(比如智力测试分数都很高)的人群是否拥有共通的基因标记。

2014 年,波斯蒂马博士参与了一项大型研究,样本总量超过 15 万人,她们识别出了 108与精神分裂症相关的基因。但在智力相关基因方面,她和她的同事则没有那么幸运了,一些原因证明,这是一项艰巨的任务。

标准智力测试可能需要较长的时间来完成,这让收集大规模人群测试结果也很困难。科学家可以尝试合并几项小规模研究,但是他们常常需要整合不同的测试,而这又可能掩盖了基因的作用。

实际上,第一批与智能相关的全基因关联研究没能找到任何基因。之后的研究成功取得了很好的结果,但是当研究人员更换受试群体后,这些基因的效果却又消失了。

但是在过去几年中,依赖于新兴统计方法的大规模研究已经得出了强有力的证据,证明在人类智力形成过程中,一些特定的基因发挥了作用。

未参与此项新研究的爱丁堡大学(University of Edinburgh )遗传学家斯图尔特·J·里奇(Stuart J. Ritchie)说:“现在有大量真正的创新层出不穷。”

上图,英国生物医学库(U.K. Biobank)新进行的一项关于智能相关基因研究中取得的受试者血液样本。图片版权:韦尔科姆基金会

波斯蒂马博士和其他专家决定整合之前进行的 13 项研究数据,形成一个巨大的基因标记和智力测试成绩数据库。经历了多年的失望后,波斯蒂马博士对其能否成功持悲观态度。

她说:“我曾经认为‘我们当然不可能有任何发现’。”

但是她错了。出乎她意料之外,她们找到了 52 个与智力密切相关的基因。其中 12 个在之前的研究中出现过,但另外 40 个则是全新的。

但是研究人员发现,所有这些基因加起来也只能解释智力测试分数差异的很小一部分。每一组变量只能把智力测试成绩提高或降低零点几分 。

波斯蒂马博士说:“这意味着道路还很漫长,还有很多有着重要影响的其他基因。”

这项宾西法尼亚州丹维尔盖辛格医疗系统(Geisinger Health System)新研究的共同作者克里斯托弗·F·沙布里(Christopher F. Chabris)很乐观地认为,随着研究规模的扩大(包含数千人甚至数百万人),许多曾经遗漏的基因会逐渐浮出水面。

他说:“这就好像随着大型望远镜的发展,天文学研究越来越深入一样。”

在这项新研究中,波斯蒂马博士和她的同事将研究范围限制在欧洲人种,因为这增加了找到智能相关的共同基因变量的几率。

但是有些基因研究显示,一个样本总量的变量在预测另一样本总量中人群特征时可能失败。在不同的组别中,不同的变量往往有不同的重要性,在智力研究中事实也正是如此

波斯蒂马博士说:“如果你尝试用我们在欧洲人中识别出的基因来预测非洲人的身高,你会得出所有非洲人比欧洲人矮 12.7 厘米的错误结论。”

专家指出,诸如现在发表的这些研究并不意味着智力是由基因唯一决定的。里奇博士说:“我们理解了某件事的生物学原因,并不意味着我们能将之作为决定因素。”

作为对比,他指出,近视在很大程度上是由基因决定的。但是我们可以改变外在外界条件,比如戴一副近视眼镜来改善视力。

哈登博士预言,对智力相关基因的了解将为我们找到帮助儿童发展智力的方法提供可能。知悉人类基因变量将帮助科学家分析不同方法的有效性。

哈登博士还说,我们不需要等待这些研究来改善人类外界条件。她说:“我们已经知道铅元素对儿童智力发展有害,那么我们就有了一些容易实现的目标。”

就她而言,波斯蒂马博士希望找出她和同事发现的 52 个基因的作用。它们对智力和其他方面的影响有着具有启发意义的重合。

在从未吸烟的人群中,提高智力的遗传变异体也往往更频繁地出现。 其中一些在曾经吸烟但成功戒烟的人群中更常见。

至于基因实际作用,波斯蒂马博士也不能确定。 例如,已知其中四个可以控制细胞发育,有三个在神经元内发挥着各种作用。

为了了解是什么使这些基因变得特别,科学家可能需要对脑细胞进行实验。 一种可能性是从人体中提取具有预测高智力和低智力变体的细胞。

她和她的同事可能会将它们培养发展成神经元,然后这又可以成长为“迷你大脑”:在实验室中交换信号的神经元簇。然后,研究人员可以研究它们的基因差异是否使它们的行为有所不同。

波斯蒂马博士说:“我们不可能一蹴而就,但我希望将来有一天我们能取得成功。”


翻译 熊猫译社 曾丹

题图来自 Public Domain Pictures

© 2017 THE NEW YORK TIMES

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