2013-01-25
1
Biologiczne podstawy zachowań;
genetyka zachowania
Robert K. Filipkowski
filipkowski@vizja.pl
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.