2013-01-25
Genetyka zachowania człowieka
genetyka zachowania (in. genetyka behawioralna,
genetyka ilościowa  ze względu na wykorzystanie metod statystycznych)
Biologiczne podstawy zachowań;
Dwa główne z
ródła zmienności
genetyka zachowania
genotyp
środowisko
Genetyka ilościowa ocenia ODZIEDZICZALNOŚĆ
Robert K. Filipkowski
(stopień, w jakim dana cecha zależy od genotypu)
[e-mail]
J.W. Kalat, str. 11-14
Metody badawcze genetyki zachowania (tzw. tradycyjne)
Metoda bliz
niąt
Przyczyny powstawania różnic indywidualnych Metoda adopcyjna
- czynniki genetyczne
Metoda bliz
niąt
porównanie różnic w zachowaniu pomiędzy bliz
niętami wewnątrz par MZ i DZ
- efekt epigenetyczny
modyfikacje chemiczne genów wpływające na ich aktywność
1. Metoda bliz
niąt MZ i DZ wychowywanych razem
(bez zmiany sekwencji DNA); np. metylacja DNA, acetylacja histonów
założenia: 1. bliz
nięta MZ są genetycznie jednakowe
2. wpływ środowiska jest taki sam wewnątrz par MZ i DZ
- środowisko
3. jeżeli podobieństwo między bliz
niętami MZ jest
wszystkie niegenetyczne czynniki wpływające na zachowanie
większe niż między bliz
niętami DZ, to można wnioskować,
środowisko wspólne
że różnice w zachowaniu są uwarunkowane genetycznie
vs. środowisko specyficzne (historia życia)
- kolejność urodzin dziecka
2. Porównywanie bliz
niąt wychowywanych osobno
- zdarzenia losowe (choroby, urazy)
(bada, czy wspólne środowisko ma istotny wpływ na podobieństwo zachowań)
- interakcje z innymi ludz
mi
Jeżeli bliz
nięta były rozdzielone wcześnie i dorastały w różnych warunkach
- warunki psychologiczne i ekonomiczne życia
środowiskowych, to podobieństwo między bliz
niakami MZ świadczy o genetycznym
uwarunkowaniu badanej cechy.
Przeszacowanie odziedziczalności; przyczyny
Metoda adopcyjna
porównanie stopnia podobnieństwa pomiędzy dziećmi adoptowanymi
1. Im bardziej ujednolicone warunki środowiskowe, tym wyższa
a rodzicami adopcyjnymi z podobnieństwem występującym pomiędzy
odziedziczalność, np. dzieci adoptowane wychowują się w podobnych
tymi samymi dziećmi a ich rodzicami biologicznymi
warunkach, więc obserwowane różnice w obserwowanych cechach w
większym stopniu będą wskazywać na rolę genów.
2. Dodatkowy wpływ życia płodowego
- bliz
nięta MZ rozwijają się razem, bliz
nięta DZ  osobno (Rys. 1.8, str. 12)
- dzieci rodziców z niskim IQ, przestępców i chorych psychicznie mają gorsze
Wyniki
warunki życia płodowego
Wysokie wskaz
niki odziedziczalności dla:
- szczegółów anatomii mózgu,
3. Geny wpływają też na ludzi otaczających dziecko
- wielu zachowań:
- ładne dzieci są lepiej traktowane
- samotności,
- spokojne dzieci są traktowane spokojnie ITP.
- neurotyzmu,
efekt mnożnika (wczesna tendencja związana ze zmianą zachowania
- oglądania telewizji,
zmienia środowisko powodując nasilenie tej tendencji)
- postaw społecznych,
- schizofrenii (Rys. 15.19, str. 479)
Lektura (J.W. Kalat, str. 13-14)
 Wpływ środowiska na zachowania odziedziczone
 Jak geny wpływają na środowisko
1
2013-01-25
Identyfikacja polimorfizmów
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
- mikromacierze DNA (DNA microarrays)
między chorobą (cechą) a markerem genetycznym świadczy o tym, że w rejonie
- miniaturowe szklane podłoże
chromosomowym zawierającym dany marker znajduje się gen związany z danym
- różne fragmenty DNA
aspektem zachowania
np. mikromacierze oligonukleotydowe
(złożone z krótkich odcinków jednoniciowego DNA)
podstawa działania  zasada komplementarności
Markery genetyczne
np. polimorfizm pojedynczej zasady (SNP)
Sposoby badań
- całościowe przeszukiwanie genomu (markery w całym genomie, GWAS)
- badanie genów kandydackich / kandydujących (markery wybranych alleli)
materiał
Przykład badań typu GWAS - schizofrenia
genetyczny
tysięcy np.
Genetyka a schizofrenia
pacjentów
i nie-pacjentów
Wyniki badań metodą adopcyjną
mikromacierze
czworaczki Genain
Główny gen kandydacki
analiza
DISC1 (disrupted in schizophrenia 1)
informatyczna
koduje białko współdziałające z jedną z kinaz
CHOROBA PARKINSONA
J.W. Kalat, str. 249-253
Badania GWAS wskazały na geny powiązane z infekcją i opornością
stopniowe obumieranie komórek produkujących dopaminę
w części zbitej istoty czarnej
W chorobie Parkinsona
śmierć neuronów istoty czarnej prowadzi do
MHC  główny kompleks zgodności tkankowej
komora
boczna - spadku stężenia dopaminy w prążkowiu
J
DRO
OGONIASTE (gł. jądrze ogoniastym i skorupie)
- w zgodzie z niepotwierdzonymi obserwacjami, że przejście chorób
SKORUPA
- zmniejszenie pobudzenia kory mózgowej
zakaz
nych w czasie ciąży zwiększa ryzyko zachorowania;
neurony
(zaburzenia funkcjonowania kory ruchowej)
dopaminergiczne
- chorzy na schizofrenię częściej rodzą się zimą i wiosną ISTOTA
J.W. Kalat, Rys. 8.17, str. 250
CZARNA
James Parkinson
http://bio.org/splice/
1817 r.
 An Essay on the Shaking Palsy
2
2013-01-25
Choroba Parkinsona, objawy
Diagnoza następuje, gdy ok 50-80% neuronów istoty czarnej obumarło.
Symptomy są zauważalne.
- drżenie (trzęsienie się) ręki lub nogi
- powolne ruchy, niemożność ruchu (sztywność)
Proponowane mechanizmy:
- szuranie nogami, przygarbiona postawa
- uszkodzenie mitochondriów (stres oksydacyjny, wolne rodniki)
- czasem zmieniona mimika twarzy
- agregacja białek  ciałka Lewy ego w cytoplazmie neuronów
- mówienie cicho
składniki ciałek Lewy ego:
- problemy wyobrażania sobie ruchów
- alfa-synukleina
- zaburzenia snu
- GBA, glukocerebrozydaza
- depresja - ubikwityna
- tendencja do upadków - procesy zapalne
- zaburzenia kognitywne
- problemy gastryczne
Podłoże genetyczne, geny/białka:
1. a-synukleina
Leczenie
2. GBA, glukocerebrozydaza (enzym hydrolityczny)
- prekursor dopaminy (L-DOPA)
3. LRRK2 (leucine-rich repeat kinase 2, dardaryna)
(nieefektywne, gdy obumiera zbyt wiele neuronów dopaminergicznych)
4. parkina (składnik ubikwitynowego systemu degradacji białek)
- agoniści receptorów dopaminergicznych (powodują kompulsje)
- inhibitory MAO i COMT (enzymy rozkładające dopaminę)
Czynniki środowiskowe:
- przeciwutleniacze
- boks
- uszkodzenie struktur mózgu (np. gałki bladej)
- kokaina (zanieczyszczenie MPTP)
- głęboka stymulacja mózgu jądra niskowzgórzowego (część podwzgórza)
- pestycydy/herbicydy
- kawa i papierosy ??? (ale nie kofeina i nikotyna! badania na muszkach owocowych)
(substancje chemicznie pokrewne MPTP)
Choroba Alzheimera Choroba Alzheimera
(mechanizm choroby nie jest do końca wyjaśniony)
ostateczna diagnoza  post-mortem:
- zmiany neurodegeneracyjne, gł. formacji hipokampa
- 60-70% przypadków demencji
- beta-amyloid, beta-amyloid protein, BAP
- ryzyko zachorowania wzrasta z wiekiem
(gęste złogi amyloidowe, blaszki, płytki amyloidowe,
- znaczna utrata pamięci, początkowo ubytki pamięci epizodycznej
płytki starcze)
- nieuleczalna, śmiertelna (przeważnie 7 lat po diagnozie)
między neuronami
- występuje sporadycznie (SAD)
- białko tau (bierze udział w polimeryzacji i stabilizacji
- dziedziczona w 1% przypadków
miktotubul), w formie hiperfosforylowanej agreguje
(kłębki neurowłókienkowe, sploty neurofibrylarne)
brak skutecznej tarapii
wewnątrz neuronów
Podłoże genetyczne Beta-amyloid powstaje z większego białka
Geny/białka: APP, w cięciu APP uczestniczą preseniliny.
APP
tau
PS1 (presenilina 1)
PS2 (presenilina 2)
ApoE (allele e2, e3, e4)
e4  wzrost ryzyka
e2  działanie protekcyjne
3
2013-01-25
Potrzeby
Emocje
większe im większy  odczuwany brak
(aspekt subiektywny potrzeby)
większe im dłuższy okres niezaspokojenia (deprywacja)
How are you feeling today?
Bodz
ce awersyjne
Bodz
ce apetytywne
J.W. Kalat, str. 355-363
str. 372-385
Emocje to przyczyna czy efekt zachowania?
popęd  stan pobudzenia pewnych zespołów ośrodków i dróg nerwowych, w
 Mimo oczywistego znaczenia emocji w ludzkim życiu,
którego wyniku zostaje uruchomiona aktywność organizmu ukierunkowana
naukowcy wciąż nie są w stanie w pełni zdefiniować tego zjawiska.
na zaspokojenie istniejącej potrzeby lub na uchronienie się przed działaniem
szkodliwego bodz
ca
 Niestety, najdonioślejszym twierdzeniem, jakie sformułowano na temat
emocji, jest to, że każdy wie, czym one są, dopóki nie zostanie poproszony o
Popędy wyzwalają złożone czynności behawioralne (zachowania
ich zdefiniowanie.
popędowe)
Joseph Le Doux
motywacja  całokształt mechanizmów sterujących zachowaniami
popędowymi
 Terminologia zjawisk popędowo-emocjonalnych nie jest jednolita.
bodz
ce (czynniki) motywacyjne  bodz
ce (czynniki) uruchamiające
popędy, np. EMOCJE (vs. Teoria Jamesa-Langego; Kalat, str. 358-361)
Bogdan Sadowski
Emocje a wybory moralne Emocje a wybory życiowe / decyzje finansowe
J.W. Kalat, str. 358
niewłaściwe wykonanie u osób z uszkodzeniem
kory przedczołowej lub ciała migdałowatego
Osoby, które nie są w stanie przewidzieć nieprzyjemności związanych z prawdopodobnym
J.W. Kalat, Rys. 12.1, str. 357
rezultatem swoich działań, mają tendencję do podejmowania złych decyzji.
4
2013-01-25
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).
Układ limbiczny  miejsce biologicznej oceny doznań zmysłowych według
kryterium przyjemne-nieprzyjemne
J.W. Kalat, str. 361-362
widok przyśrodkowej powierzchni mózgu, struktury stare ewolucyjnie
sklepienie
zakręt obręczy
przegroda
układ limbiczny  pojęcie historyczne??? płat
potyliczny
płat czołowy
Obrzydzenie aktywuje wyspę.
Prawa półkula reaguje silniej na bodz
ce emocjonalne.
ciało migdałowate
zakręt przyhipokampowy
formacja hipokampa
płat skroniowy
Zakręt obręczy Zakręt obręczy
lokalizacja  przyśrodkowa powierzchnia półkuli mózgu, cytoarchitektonika
nad ciałem modzelowatym wg. podziału Brodmanna
sklepienie
zakręt obręczy
funkcja  sterowanie reakcjami
emocjonalnymi
z silnym elementem lękowym
przegroda
płat
potyliczny
płat czołowy
ciało modzelowate
(spoidło wielkie)
ciało migdałowate
zakręt przyhipokampowy
formacja hipokampa
płat skroniowy
5
2013-01-25
Ciało migdałowate Połączenia ciała migdałowatego
- układy sensoryczne
- narządy wewnętrzne
ciało migdałowate
(sterowanie czynnościami
emocjonalnymi)
inne struktury układu
limbicznego
CE  j. środkowe
BL  j. podstawno-boczne
- układ ruchowy
ME  j. przyśrodkowe
- układ wegetatywny
CO  j. korowe
- układ dokrewny
Połączenia ciała migdałowatego z korą mózgową
obszary asocjacyjne jądro podstawno-boczne
kojarzenie bodz
ca warunkowego z aktualną
przetworzone informacje sensoryczne;
wartością motywacyjną wzmocnienia
wzorce pobudzeń
jądro środkowe
ciało migdałowate
ośrodek wykonawczy, koordynacja
funkcji podwzgórza i struktur
podstawy mózgu
inne struktury układu
limbicznego
- układ ruchowy
- układ wegetatywny
- układ dokrewny
Spotęgowanie odruchu wzdrygnięcia
Warunkowanie strachu (opóz
nione)
(Delayed fear conditioning)
Trening
CS
US
120/150 sec. 15 sec. 2 sec.
Test
CS
CS
A B
US
na bodz
ce ciągłe / context na bodz
ce wyodrębnione / cue
6
2013-01-25
Laboratoryjne badanie agresji
AGRESJA i OBRONA
Drażnienie elektryczne podwzgórza
J.W. Kalat, str. 372-383
Kot + narkotyzowany szczur
zachowania agresywne
- wysoka odziedziczalność,
1.
- wpływ środowiska prenatalnego (palenie przez matkę w ciąży),
brak drażnienia  obwąchiwanie
- testosteron
- uszkodzenie kory przedczołowej
2.
- zmniejszone wydzielanie serotoniny
drażnienie przyśrodkowej części podwzgórza  atak afektywny, emocjonalny, gwałtowny,
(wściekłość)
STRACH vs. L
K
3.
ATAK EMOCJONALNY vs. ATAK A
OWCZY (ZIMNY)
drażnienie bocznej okolicy podwzgórza  atak spokojny, chłodny,  łowczy
ciało migdałowate ciało migdałowate
Dodatkowo
j. podstawno-boczne j. przyśrodkowe j. środkowe j. podstawno-boczne j. przyśrodkowe j. środkowe
1. Jądro przyśrodkowe jest
BL ME CE BL ME CE
stymulowane przez neurony
dopaminergiczne i noradrenergiczne
2. substancja szara okołowodociągowa
jest hamowana przez neurony
substancja P substancja P
serotoninergiczne
+ + -
GABA
część przyśrodkowa podwzgórza MH LH część boczna podwzgórza MH LH
GABA
-
Glu Glu
+ + + +
substancja szara Glu enkefalina
pień pień
PAG PAG
okołowodociągowa
mózgu mózgu
+
+
agresja emocjonalna agresja chłodna agresja emocjonalna agresja chłodna
L
K, stany patologiczne Eksperymentalne badanie lęku
np. fobie
stany lękowe połączone z natrętnymi myślami, natręctwami ruchowymi
1. Uniesiony labirynt krzyżowy
agorafobia  lęk otwartych przestrzeni
2. Oświetlenie pola z pokarmem, otwarte pole
klaustrofobia  lęk małych pomieszczeń
3. Warunkowanie strachu, spotęgowanie odruchu wzdrygnięcia (badanie strachu)
J.W. Kalat, str. 381-383
Używane np. w badaniach leków przeciwlękowych.
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
7