2013-01-25

1

Biologiczne podstawy zachowań;

genetyka zachowania

Robert K. Filipkowski

[e-mail]

Genetyka zachowania człowieka

genetyka zachowania

(in.

genetyka behawioralna

,

genetyka ilościowa

– ze względu na wykorzystanie metod statystycznych)

Dwa główne źródła zmienności

genotyp
środowisko

Genetyka ilościowa ocenia

ODZIEDZICZALNOŚĆ

(stopień, w jakim dana cecha zależy od genotypu)

J.W. Kalat, str. 11-14

Przyczyny powstawania różnic indywidualnych

- czynniki genetyczne

- efekt epigenetyczny

modyfikacje chemiczne genów wpływające na ich aktywność
(bez zmiany sekwencji DNA); np.

metylacja DNA, acetylacja histonów

- środowisko

wszystkie niegenetyczne czynniki wpływające na zachowanie

środowisko wspólne

vs. środowisko specyficzne (historia życia)

- kolejność urodzin dziecka

- zdarzenia losowe (choroby, urazy)

- interakcje z innymi ludźmi

- warunki psychologiczne i ekonomiczne życia

Metoda bliźniąt
porównanie różnic w zachowaniu pomiędzy bliźniętami wewnątrz par MZ i DZ

1.

Metoda bliźniąt MZ i DZ wychowywanych razem

założenia: 1. bliźnięta MZ są genetycznie jednakowe

2. wpływ środowiska jest taki sam wewnątrz par MZ i DZ

3. jeżeli podobieństwo między bliźniętami MZ jest

większe niż między bliźniętami DZ, to można wnioskować,

że różnice w zachowaniu są uwarunkowane genetycznie

2.

Porównywanie bliźniąt wychowywanych osobno

(bada, czy wspólne środowisko ma istotny wpływ na podobieństwo zachowań)
Jeżeli bliźnięta były rozdzielone wcześnie i dorastały w różnych warunkach
środowiskowych, to podobieństwo między bliźniakami MZ świadczy o genetycznym
uwarunkowaniu badanej cechy.

Metody badawcze genetyki zachowania (tzw. tradycyjne)

Metoda bliźniąt
Metoda adopcyjna

Metoda adopcyjna

porównanie stopnia podobnieństwa pomiędzy dziećmi adoptowanymi
a rodzicami adopcyjnymi z podobnieństwem występującym pomiędzy
tymi samymi dziećmi a ich rodzicami biologicznymi

Wyniki
Wysokie wskaźniki odziedziczalności dla:

- szczegółów anatomii mózgu,
- wielu zachowań:

- samotności,

- neurotyzmu,

- oglądania telewizji,

- postaw społecznych,

- schizofrenii (Rys. 15.19, str. 479)

Przeszacowanie odziedziczalności; przyczyny

1.

Im bardziej ujednolicone warunki środowiskowe, tym wyższa

odziedziczalność

, np. dzieci adoptowane wychowują się w podobnych

warunkach, więc obserwowane różnice w obserwowanych cechach w
większym stopniu będą wskazywać na rolę genów.

2.

Dodatkowy wpływ życia płodowego

- bliźnięta MZ rozwijają się razem, bliźnięta DZ – osobno (Rys. 1.8, str. 12)
- dzieci rodziców z niskim IQ, przestępców i chorych psychicznie mają gorsze
warunki życia płodowego

3.

Geny wpływają też na ludzi otaczających dziecko

- ładne dzieci są lepiej traktowane
- spokojne dzieci są traktowane spokojnie ITP.

efekt mnożnika

(wczesna tendencja związana ze zmianą zachowania

zmienia środowisko powodując nasilenie tej tendencji)

Lektura (

J.W. Kalat, str. 13-14)

„Wpływ środowiska na zachowania odziedziczone”
„Jak geny wpływają na środowisko”

2013-01-25

2

Metody molekularne genetyki zachowania

(poszukiwanie i identyfikowanie genów związanych z cechą (chorobą) opierające
się na istnieniu markerów genetycznych o znanej lokalizacji)

Analiza sprzężeń

– opiera się na sprzężeniach między genami; wykazanie segregacji

między

chorobą (cechą)

a

markerem genetycznym

świadczy o tym, że w rejonie

chromosomowym zawierającym dany marker znajduje się gen związany z danym
aspektem zachowania

Markery genetyczne

np. polimorfizm pojedynczej zasady (

SNP

)

Sposoby badań

-

całościowe przeszukiwanie genomu

(markery w całym genomie,

GWAS

)

-

badanie genów kandydackich

/ kandydujących (markery wybranych alleli)

Identyfikacja polimorfizmów

-

mikromacierze DNA (DNA microarrays)

- miniaturowe szklane podłoże

- różne fragmenty DNA

np. mikromacierze oligonukleotydowe
(złożone z krótkich odcinków jednoniciowego DNA)

podstawa działania – zasada komplementarności

mikromacierze

materiał
genetyczny
tysięcy

np.

pacjentów
i nie-pacjentów

analiza
informatyczna

czworaczki Genain

Przykład badań typu GWAS - schizofrenia

Genetyka a schizofrenia

Wyniki badań metodą adopcyjną

Główny gen kandydacki

DISC1 (disrupted in schizophrenia 1)

koduje białko współdziałające z jedną z kinaz

Badania GWAS wskazały na geny powiązane z infekcją i opornością

MHC – główny kompleks zgodności tkankowej

- w zgodzie z niepotwierdzonymi obserwacjami, że przejście chorób
zakaźnych w czasie ciąży zwiększa ryzyko zachorowania;

- chorzy na schizofrenię częściej rodzą się zimą i wiosną

CHOROBA PARKINSONA

W chorobie Parkinsona

śmierć neuronów istoty czarnej

prowadzi do

- spadku stężenia dopaminy w prążkowiu
(gł. jądrze ogoniastym i skorupie)
- zmniejszenie pobudzenia kory mózgowej
(zaburzenia funkcjonowania kory ruchowej)

James Parkinson
1817 r.
“An Essay on the Shaking Palsy”

SKORUPA

JĄDRO

OGONIASTE

ISTOTA

CZARNA

http://bio.org/splice/

neurony

dopaminergiczne

komora

boczna

stopniowe obumieranie komórek produkujących

dopaminę

w

części zbitej

istoty czarnej

J.W. Kalat, str. 249-253

J.W. Kalat, Rys. 8.17, str. 250

2013-01-25

3

Choroba Parkinsona,

objawy

-

drżenie

(trzęsienie się) ręki lub nogi

-

powolne ruchy, niemożność ruchu (sztywność)

- szuranie nogami, przygarbiona postawa
- czasem zmieniona mimika twarzy
- mówienie cicho
- problemy wyobrażania sobie ruchów
- zaburzenia snu

- depresja

- tendencja do upadków

- zaburzenia kognitywne

- problemy gastryczne

Diagnoza następuje, gdy ok 50-80% neuronów istoty czarnej obumarło.
Symptomy są zauważalne.

Proponowane mechanizmy:

-

uszkodzenie mitochondriów

(stres oksydacyjny, wolne rodniki)

-

agregacja białek

–

ciałka Lewy’ego w cytoplazmie neuronów

składniki ciałek Lewy’ego:

- alfa-synukleina

- GBA, glukocerebrozydaza

- ubikwityna

-

procesy zapalne

Podłoże genetyczne, geny/białka:

1.

a

-synukleina

2. GBA, glukocerebrozydaza (enzym hydrolityczny)
3. LRRK2 (leucine-rich repeat

kinase

2, dardaryna)

4. parkina (składnik ubikwitynowego systemu degradacji białek)

Czynniki środowiskowe:

- boks
- kokaina (zanieczyszczenie MPTP)
- pestycydy/herbicydy
(substancje chemicznie pokrewne MPTP)

Leczenie

- prekursor dopaminy (

L-DOPA

)

(nieefektywne, gdy obumiera zbyt wiele neuronów dopaminergicznych)
-

agoniści receptorów dopaminergicznych

(powodują kompulsje)

-

inhibitory MAO i COMT

(enzymy rozkładające dopaminę)

- przeciwutleniacze
- uszkodzenie struktur mózgu (np. gałki bladej)
-

głęboka stymulacja mózgu jądra niskowzgórzowego (część podwzgórza)

- kawa i papierosy ??? (ale nie kofeina i nikotyna! badania na muszkach owocowych)

Choroba Alzheimera

(mechanizm choroby nie jest do końca wyjaśniony)

- 60-70% przypadków demencji
- ryzyko zachorowania wzrasta z wiekiem
- znaczna utrata pamięci, początkowo ubytki pamięci epizodycznej
- nieuleczalna, śmiertelna (przeważnie 7 lat po diagnozie)
- występuje sporadycznie (SAD)
- dziedziczona w 1% przypadków

brak skutecznej tarapii

Choroba Alzheimera

ostateczna diagnoza – post-mortem:

- zmiany neurodegeneracyjne, gł. formacji hipokampa

-

beta-amyloid

, beta-amyloid protein, BAP

(gęste złogi amyloidowe, blaszki,

płytki amyloidowe

,

płytki starcze)
między neuronami
- białko

tau (bierze udział w polimeryzacji i stabilizacji

miktotubul)

, w formie hiperfosforylowanej agreguje

(

kłębki neurowłókienkowe

, sploty neurofibrylarne)

wewnątrz neuronów

Podłoże genetyczne

Geny/białka:

APP
tau
PS1 (presenilina 1)
PS2 (presenilina 2)
ApoE (allele e2, e3, e4)

e4 – wzrost ryzyka

e2 – działanie protekcyjne

Beta-amyloid powstaje z większego białka
APP, w cięciu APP uczestniczą preseniliny.

2013-01-25

4

Emocje

How are you feeling today?

J.W. Kalat, str. 355-363

str. 372-385

Potrzeby

większe im większy „odczuwany brak”
(aspekt subiektywny potrzeby)

większe im dłuższy okres niezaspokojenia (

deprywacja

)

Bodźce awersyjne
Bodźce apetytywne

Emocje to przyczyna czy efekt zachowania?

popęd –

stan pobudzenia

pewnych zespołów ośrodków i dróg nerwowych, w

którego wyniku zostaje

uruchomiona

aktywność organizmu

ukierunkowana

na zaspokojenie istniejącej potrzeby lub na uchronienie się przed działaniem
szkodliwego bodźca

Popędy wyzwalają

złożone czynności behawioralne (zachowania

popędowe)
motywacja

– całokształt mechanizmów sterujących zachowaniami

popędowymi

bodźce (czynniki) motywacyjne

– bodźce (czynniki) uruchamiające

popędy, np.

EMOCJE (

vs. Teoria Jamesa-Langego

; Kalat, str. 358-361)

„Mimo oczywistego znaczenia emocji w ludzkim życiu,
naukowcy wciąż nie są w stanie w pełni zdefiniować tego zjawiska.”

„Niestety, najdonioślejszym twierdzeniem, jakie sformułowano na temat
emocji, jest to, że każdy wie, czym one są, dopóki nie zostanie poproszony o
ich zdefiniowanie.”

Joseph Le Doux

„Terminologia zjawisk popędowo-emocjonalnych nie jest jednolita.”

Bogdan Sadowski

Emocje a wybory moralne

J.W. Kalat, Rys. 12.1, str. 357

Emocje a wybory życiowe / decyzje finansowe

niewłaściwe wykonanie u osób z uszkodzeniem

kory przedczołowej lub ciała migdałowatego

J.W. Kalat, str. 358

Osoby, które nie są w stanie przewidzieć nieprzyjemności związanych z prawdopodobnym
rezultatem swoich działań, mają tendencję do podejmowania złych decyzji.

2013-01-25

5

Np.:
Osoby z syndromem zatrzaśnięcia przeważnie odczuwają wyciszenie.

Ponieważ osoba nie może ani wprawić w drżenie swoich mięśni, ani
wywołać nudności czy jakichkolwiek innych zmian w organizmie, mózg
odbiera informacje o wyciszeniu (Damasio, 1999).

J.W. Kalat, str. 361-362

układ limbiczny – pojęcie historyczne???

Obrzydzenie aktywuje wyspę.

Prawa półkula reaguje silniej na bodźce emocjonalne.

Układ limbiczny – miejsce biologicznej oceny doznań zmysłowych według
kryterium przyjemne-nieprzyjemne

widok przyśrodkowej powierzchni mózgu, struktury stare ewolucyjnie

formacja hipokampa

ciało migdałowate

sklepienie

zakręt obręczy

płat
potyliczny

płat skroniowy

płat czołowy

zakręt przyhipokampowy

przegroda

Zakręt obręczy
lokalizacja –

przyśrodkowa powierzchnia półkuli mózgu,

nad ciałem modzelowatym

formacja hipokampa

ciało migdałowate

sklepienie

zakręt obręczy

płat
potyliczny

płat skroniowy

płat czołowy

zakręt przyhipokampowy

przegroda

ciało modzelowate
(spoidło wielkie)

Zakręt obręczy
cytoarchitektonika
wg. podziału Brodmanna

funkcja – sterowanie reakcjami
emocjonalnymi
z silnym elementem lękowym

2013-01-25

6

Ciało migdałowate

CE – j. środkowe
BL – j. podstawno-boczne
ME – j. przyśrodkowe
CO – j. korowe

Połączenia ciała migdałowatego

ciało migdałowate

- układy sensoryczne
- narządy wewnętrzne

(sterowanie czynnościami

emocjonalnymi)

inne struktury układu
limbicznego

- układ ruchowy
- układ wegetatywny
- układ dokrewny

Połączenia ciała migdałowatego z korą mózgową

ciało migdałowate

- układ ruchowy
- układ wegetatywny
- układ dokrewny

obszary asocjacyjne

przetworzone informacje sensoryczne;
wzorce pobudzeń

inne struktury układu
limbicznego

kojarzenie bodźca warunkowego z aktualną
wartością motywacyjną wzmocnienia

ośrodek wykonawczy, koordynacja
funkcji podwzgórza i struktur
podstawy mózgu

jądro środkowe

jądro podstawno-boczne

Warunkowanie strachu (opóźnione)

(

Delayed fear conditioning

)

Trening

120/150 sec.

CS

15 sec.

Test

A

CS

B

US

2 sec.

CS

US

na bodźce wyodrębnione /

cue

na bodźce ciągłe /

context

Spotęgowanie odruchu wzdrygnięcia

2013-01-25

7

AGRESJA i OBRONA

J.W. Kalat, str. 372-383

zachowania agresywne
- wysoka odziedziczalność,
- wpływ środowiska prenatalnego (palenie przez matkę w ciąży),
- testosteron
- uszkodzenie kory przedczołowej
- zmniejszone wydzielanie serotoniny

STRACH vs. LĘK

ATAK EMOCJONALNY vs. ATAK ŁOWCZY (ZIMNY)

Laboratoryjne badanie agresji

Drażnienie elektryczne

podwzgórza

Kot + narkotyzowany szczur


1.
brak drażnienia – obwąchiwanie

2.
drażnienie przyśrodkowej części podwzgórza – atak afektywny, emocjonalny, gwałtowny,
(wściekłość)

3.
drażnienie bocznej okolicy podwzgórza – atak spokojny, chłodny, „łowczy”

LH

część boczna podwzgórza

agresja chłodna

MH

część przyśrodkowa podwzgórza

agresja emocjonalna

PAG

substancja szara

okołowodociągowa

pień
mózgu

ME

j. przyśrodkowe

substancja P

Glu

BL

CE

j. środkowe

j. podstawno-boczne

ciało migdałowate

+

+

+

LH

agresja chłodna

MH

agresja emocjonalna

PAG

pień
mózgu

ME

j. przyśrodkowe

substancja P

Glu

BL

CE

j. środkowe

j. podstawno-boczne

ciało migdałowate

+

+

+

Glu

+

enkefalina

+

GABA

GABA

-

-

Dodatkowo

1.

Jądro przyśrodkowe

jest

stymulowane

przez

neurony

dopaminergiczne i noradrenergiczne

2.

substancja szara okołowodociągowa

jest

hamowana

przez

neurony

serotoninergiczne

LĘK, stany patologiczne

np. fobie
stany lękowe połączone z natrętnymi myślami, natręctwami ruchowymi

agorafobia – lęk otwartych przestrzeni
klaustrofobia – lęk małych pomieszczeń

Stany patologiczne - leczenie

leki przeciwlękowe –

anksjolityczne;

leki aktywujące receptory GABA (wzmagają działanie samego GABA na receptor)

-

benzodiazepiny (np. diazepam = Relanium/Xanax)

,

-

barbiturany (np. fenobarbital)

na receptory GABA działa także etanol

leki aktywujące receptory serotoniny

- np.

buspiron

J.W. Kalat, str. 381-383

Eksperymentalne badanie lęku

1.

Uniesiony labirynt krzyżowy

2. Oświetlenie pola z pokarmem,

otwarte pole

3. Warunkowanie strachu, spotęgowanie odruchu wzdrygnięcia (badanie strachu)

Używane np. w badaniach leków przeciwlękowych.