Kuinka puhegeeni auttaa oppimaan. "Puhegeeni" FOXP2 osoittautui korkean tason säätelijäksi Geenit ja puhegeenin puhe

Peter Borger ja Royal Truman

Puhe antaa ihmisille mahdollisuuden kommunikoida tehokkaasti, ja se on ehkä silmiinpistävin ominaisuus, joka erottaa ihmiset muista elävistä olennoista. Jotkut ihmiset ovat kuitenkin syntyessään heikentyneet ja viivästyneet puhekehityksessä. Tämä oireyhtymä tunnetaan nimellä spesifinen puhehäiriö(SRR). Tietystä puhehäiriöstä kärsivien lasten puheenkehitys ja havaintokyky ovat paljon viivästyneet ikätovereihinsa verrattuna, mikä johtaa oppimis- ja lukemisvaikeuksiin koulussa. Ei niin kauan sitten, yhdessä perheessä, jossa erityinen puhehäiriö havaittiin kolmen sukupolven ajan, löydettiin vaurioitunut geeni - FOXP2. Sama geeni FOXP2 on löydetty muilta ihmisiltä, jotka kärsivät samasta sairaudesta. Ihmisillä, joilla on vaurioitunut FOXP2-geeni, on todennäköisemmin tietty puhehäiriö, mutta samat mutaatiomuunnelmat eivät aina johda tähän häiriöön, mikä osoittaa puhegenetiikan monimutkaisuuden.

Zürichin yliopiston antropologian instituutin tutkijat käyttivät laskennallista paleoantropologiaa rekonstruoidakseen ulkomuoto neandertalilainen lapsi, joka perustuu kallon jäänteisiin (Gibraltar 2 -näyttely) ja vertaileva ominaisuus nykyihmisen luusto ja pehmytkudosmorfologia.

(Kuva otettu osoitteesta de.wikipedia.org)

Ihmisen FOXP2-geenin koko DNA-sekvenssi on purettu; simpanssin, orangutanin, reesusapinan ja hiiren geneettiset homologiat on myös viime aikoina selvitetty. Oravat FOXP2 simpanssit, gorillat ja reesusapinat ovat identtisiä. Orangutanin ja simpanssin samat proteiinit eroavat vain kahdessa aminohapossa Q-alueiden ulkopuolella (Q-alueita ei oteta huomioon, koska ne ovat alttiina nopeille mutaatioille epästabiilien DNA-polymeraasien vuoksi). Näihin viiteen esimerkkiin verrattuna DNA-sekvenssin ihmisen versio eroaa kahdessa fragmentissa. Kuvio 1 osoittaa, että 'N' on läsnä aminohappotähteessä 304 ihmisissä ja 'T' muissa viidessä organismissa; aminohappotähteen 326 kohdalla "S" on läsnä ihmisissä ja "N" muissa viidessä organismissa. Nämä kaksi aminohappomuunnelmaa ovat läsnä kaikissa tutkituissa 226 ihmisnäytteessä ja ovat tyypillinen esimerkki ihmisen FOXP2-geenin sekvenssistä. Näin ollen FOXP2-geenejä ja -proteiineja voidaan käyttää indikaattorigeeni- geneettinen mekanismi, joka erottaa ihmiset, kädelliset ja muut eläinlajit (kuva 1).

Äskettäin tehty analyysi neandertalin DNA:sta, joka evoluution aikajanan mukaan kehittyi noin 400 000 vuotta sitten, osoitti, että heillä oli täsmälleen sama FOXP2-geeniproteiini (eristetty DNA-sekvenssistä) kuin nykyaikaisilla ihmisillä, mukaan lukien N- ja S-osumat paikoissa 304 ja 326, vastaavasti. Morfologisten ja fysiologisten todisteiden lisäksi äänikanavan olemassaolosta, joka sisältää nykyaikaisen hyoidluun, molekyylibiologia tarjoaa todisteita siitä, että neandertalilaisilla oli kaikki englannin puhumiseen tarvittavat ominaisuudet. vaikeita kieliä. Näin ollen neandertalilaisista löydetyt FOXP2-geenit osoittavat, että ne todella olivat Homo sapiens. Nämä johtopäätökset ovat täysin yhdenmukaisia sen kreationistisen kannan kanssa, jonka mukaan neandertalilaiset olivat ihmisiä, jotka elivät alueella vedenpaisumuksen jälkeen. moderni Eurooppa ja Aasiassa.

Kuva 1. Nämä kirjaimet nimeävät FOXP2-geenin proteiinin johtavat 330 aminohappoa ihmisissä, simpansseissa, gorilloissa, orangutaneissa, reesusapinoissa ja hiirissä. Näissä aminohapposekvensseissä on kaksi polyglutamiinijaksoa (korostettu punaisella), jotka erottavat ihmisen aminohapposekvenssin muista tässä esitetyistä nisäkkäistä (N kohdassa 304 ja S kohdassa 326). FOXP2-geenin viimeiset 386 aminohappoa ovat identtisiä kaikissa lajeissa, eikä niitä näytetä tässä. Nämä sekvenssit on esitetty julkaisussa Enard et ai.

Linkkejä ja muistiinpanoja

Tilaa uutiskirje

Artikkeli kilpailuun "bio/mol/text": Puheen uskotaan olevan ainutlaatuinen ihmisille, mutta muilla lajilla on omat kommunikaatiomuotonsa, jotka perustuvat samanlaisiin mekanismeihin kuin ihmisillä. Samankaltaisuus määräytyy suurelta osin niiden geneettisen perustan läheisyydestä. Tämän tarinan sankari on FOXP2- kutsutaan "puhegeeniksi", mutta juuri ihmisissä se sai sellaiset ominaisuudet, jotka antoivat meille mahdollisuuden tulla sellaisiksi kuin olemme.

"Bio/mol/text" -2015

"Paras artikkeli ikääntymisen ja pitkäikäisyyden mekanismeista" -ehdokkuuden sponsori on Science for Life Extension Foundation. Yleisöpalkinnon sponsoroi Helicon.

Kilpailun sponsorit: laboratorio biotekninen tutkimus 3D Bioprinting Solutions ja tieteellinen grafiikka, animaatio ja mallinnusstudio Visual Science.

1980-luvun lopulla eräässä koulussa Länsi-Lontoossa opettajat huomasivat, että seitsemän lasta, joilla oli puhehäiriöitä, kasvoi samassa perheessä. Tämä perhe (in tieteellistä kirjallisuutta hän esiintyy nimellä "KE-perhe") oli pakistanilaista alkuperää, ja sen jäsenten tarkempi tutkimus paljasti, että tämän perheen kolmessa sukupolvessa on ihmisiä, joilla on puheongelmia (kuva 1). Heillä oli vaikeuksia lausua sanoja, ja joskus sanat korvattiin samanlaisilla. Jos he puhuisivat venäjää, niin esimerkiksi sanan "uuni" sijaan he sanoisivat "vuoto". Perheessä todettiin lieviä, lieviä häiriöitä ja vakavampia kommunikaatiota haittaavia puhehäiriöitä.

Kuva 1. KE-suvun sukupuu. Perheen kolmessa sukupolvessa ihmisillä havaittiin vaikeudeltaan vaihtelevia puheongelmia. (varjostettu mustilla hahmoilla). He olivat molempia sukupuolia: miehiä (neliöt) ja naisia (ympyrät).

Koska puheongelmat ovat siirtyneet sukupolvelta toiselle, KE-perhettä tutkineet lääkärit ovat ehdottaneet, että näiden häiriöiden ytimessä on jonkinlainen geneettinen häiriö. Puhevaikeudet syntyivät molempien sukupuolten edustajilla, mikä tarkoittaa, että "syyllinen" geeni ei ollut sukupuolikromosomeissa (X tai Y), vaan autosomeissa. Tuloksena Oxfordin geneetikkoryhmä pystyi määrittämään, että haluttu geeni sijaitsee 7. kromosomissa. Myös KE-perhettä tutkivat kielitieteilijät - esimerkiksi Mirna Gopnik ( Myrna Gopnik) Kanadasta. He ehdottivat, että puhehäiriöt perheessä johtuvat mutaatiosta "kielioppigeenissä", joka on vastuussa lauseiden syntaktisesti ja kieliopillisesti oikeasta muodostamisesta. Myöhemmin selvisi, että tutkitun perheen edustajilla oli ongelmia syntaksin ja artikuloinnin lisäksi yleensä myös kielen ja huulten hallinnassa. Tämä häiriö nimettiin myöhemmin sanallinen dyspraksia. KE-perheen jäsenten aivot eivät tienneet tarkasti hallita huulia ja kieltä, minkä seurauksena sanoja ei lausuttu oikein ( cm. sivupalkki).

Kuinka puhe tapahtuu aivoissa

Normaalin puheen muodostumiselle on tärkeää aivokuoren kahden osan koordinoitu työ - Brocan alueet etukuoressa ja Wernicken alueet ohimolohkossa. Brocan alue on vastuussa sanojen ääntämisestä, puheen motorisesta komponentista. Jos tämä aivojen osa vaurioituu esimerkiksi aivohalvauksen aikana, potilas kehittyy motorinen afasia- kyvyttömyys lausua sanoja tai puhuttujen sanojen lukumäärän selvä rajoitus. Jos patologinen prosessi vaikuttaa Wernicken alueelle, tämä johtaa sensorinen afasia (afasia Wernicke) - puheen ymmärtämisen heikkeneminen. Potilas, jolla on vaikea sensorinen afasia, ei ymmärrä, mitä muut ihmiset sanovat hänelle: sanojen sijaan hän kuulee epäselvän äänijoukon. KE-perheen edustajilla oli ongelmia otsakuoren toiminnassa, eli heidän puhehäiriönsä olivat muunnelma motorisesta afasiasta.

Geeni, jonka Oxfordin tutkijat paikansivat 7. kromosomiin, nimettiin myöhemmin FOXP2 (Forkhead box -proteiini P2). Se on aktiivinen aivoissa sekä keuhkoissa ja suolistossa. FOXP2 on yksi monista perheeseen kuuluvista säätelygeeneistä Kettu- geenit. Geenin perusteella syntetisoidaan transkriptiotekijä, joka ei ole suoraan mukana biokemiallisissa prosesseissa, mutta voi olla vuorovaikutuksessa muiden geenien kymmenien ja satojen promoottorialueiden kanssa ja säädellä niiden aktiivisuutta. Tämän geenin muuttaminen aiheuttaa sen, että kaikki sille "alisteiset" geenit eivät tee työtään oikein.

Mikä tekee FOXP2 geeni sanoo?

Kaikki Kettu-geenit säätelevät alkion normaalia kehitystä ja FOXP2- ei poikkeus. Tämän geenin ilmentyminen lisääntyy aivohermosolujen kantasoluissa ja sammutettuna FOXP2 niiden esiintyminen tukahdutetaan. Yksi tavoista FOXP2 säätelee solujen kypsymistä, on sen geenitoiminnan hallinta SRPX2 (sushi-toistoa sisältävä proteiini X-linked 2), joka koodaa peroksiredoksiiniproteiinin rakennetta. Tämän geenin kautta FOXP2 säätelee synapsien muodostumista (synaptogeneesiä) ja aktiivisuuden vähenemistä SRPX2 johtaa synaptogeneesin ja ääniviestinnän häiriöihin hiirillä.

Evoluutioprosessin aikana DNA voi muuttua satunnaisesti, eli molekyylissä tapahtuu mutaatioita. Nukleotidisekvenssin substituutioita, joissa proteiinin rakenne ei muutu, kutsutaan synonyymi. Jos korvaaminen DNA:ssa johtaa uuden aminohapon ilmestymiseen proteiiniin, tällaista korvaamista harkitaan ei-synonyymi ja yleensä johtaa muutokseen proteiinin toiminnassa. Molekyylievoluutiotutkimuksessa FOXP2 mielenkiintoisia tilanteita tuli esiin. Tämä geeni on yksi säilyneimmistä ihmisen DNA:ssa ja suurimmat muutokset FOXP2 kädellisten ryhmässä tapahtui ihmisten ja simpanssien - lähimpien sukulaisten - evoluutiolinjan eron jälkeen. Reesusapinoilla, gorilloilla ja simpansseilla tapahtui vain synonyymejä DNA-substituutioita, ja vain orangutaneissa oli yksi ei-synonyymi substituutio (kuva 2). Geenirakenteen korkea konservatiivisuus liittyy sen säätelemiin toimintoihin ja niiden merkitykseen kehittyvälle organismille. Jos mutaatio FOXP2 oli sellaisia sen koodaamia proteiinin muotoja, jotka eivät täyttyneet tarvittavat toiminnot kokonaan, tämä johti alkion väärään kehitykseen ja sen kuolemaan. Tällaisia mutaatioita ei voitu siirtää seuraavalle sukupolvelle. Kaksi ei-synonyymiä substituutiota, jotka syntyivät ihmisillä geenissä FOXP2, ilmeisesti antoi esi-isillemme vakavan edun ja juurtui genomiin Homo sapiens.

Kuva 2. Geenievoluutio FOXP2. Viivan läpi merkityt numerot edustavat DNA-sekvenssin substituutioiden (mutaatioiden) lukumäärää: ei-synonyymien substituutioiden lukumäärä on annettu ennen viivaa ja synonyymien lukumäärä viivan jälkeen. Esimerkiksi ihmisillä tapahtui vain kaksi substituutiota verrattuna simpansseihin, mutta molemmat eivät olleet synonyymejä, eli ne johtivat geenin laadulliseen muutokseen. Samaan aikaan hiirillä tapahtui 131 synonyymiä substituutiota ja vain yksi ei-synonyymi substituutio.

lintutrillit

Jos ihmisellä on geeni FOXP2 liittyy puheeseen, niin muissa eläimissä sen on säädettävä samanlaisia toimintoja. Ensimmäisenä tulee mieleen linnunlaulu. Saatat ajatella, että linnut laulavat aina samalla tavalla, mutta niin ei ole. Laulaminen on yksi keino herättää lajinsa jäsenten huomio. Laulamista naisten läsnäollessa kutsutaan ohjattu, ja kun urokset laulavat "sielun vuoksi" tai harjoittelutarkoituksessa, tällainen laulaminen katsotaan suuntaamaton. Laululintujen kevyiden ja ilmavien trillien takana on niiden selkeä ja hyvin koordinoitu työ. hermosto ja sen toimintaa ohjaavien geenien koneisto.

Malli-organismi lintujen laulun geeniperustojen tutkimiseen on seeprapeippo ( Taeniopygia guttata) (Kuva 3), ja eniten tutkittu (lauluun liittyen) lintujen aivojen osa - alue X (alue X), joka sijaitsee striatumissa - striatum. Linnut, joiden laulu vaihtuu vuodenaikojen mukaan, vaihtelevat alueella X läpi vuoden. Se kasvaa pesimäkauden aikana, kun linnun on voitettava naaras, ja pienenee, kun tämä ajanjakso päättyy. Lintujen alueen X kasvu liittyy suoraan uusien synapsien muodostumiseen uusien laulutekniikoiden hallitsemiseksi.

Kuva 4. Lauseke FoxP2. Ohjauksella (ohjattu) laulaessa geenin ilmentymistaso on korkeampi kuin ohjaamattomalla (ohjaamaton). Tämä yhteys voi viitata siihen, että harmonisempi laulaminen vaatii hermoston koordinoitua toimintaa, jonka tarjoaa FoxP2.

Seeprapeipot eivät ole lintuja, joiden laulu vaihtuu vuodenaikojen mukaan; se on enemmän tyypillistä ohjatun ja ohjaamattoman laulun yhdistelmälle läpi vuoden. Opiskelemaan toimintaa FoxP2 ei aivojen kehityksen aikana, vaan sen erityyppisillä toimilla, tutkijat suorittivat seuraavan kokeen. Useat urosseeprapeipot lauloivat "sielulle", lajiensa naaraat ja urokset puuttuvat, ja muut urokset lauloivat naaraille, joita kokeilijat muuttivat jatkuvasti. Mukana oli myös kontrolliryhmä lintuja, jotka eivät laulaneet. Kokeen aikana lintujen lauluista tehtiin äänitys. Kävi ilmi, että suuntaamattomalla laululla ilmaisun taso FoxP2 pienenee ja pysyy korkeana suunnattuna (kuva 4). Ei-suuntautuneessa laulamisessa havaittiin kuitenkin enemmän erilaisia melodioita kuin ohjatussa laulamisessa. Tämä ero voidaan selittää ilmentymistasolla FoxP2: Mitä intensiivisempi ilme, sitä säännöllisemmäksi ja vakaammaksi linnun laulut tulevat. On syytä huomata, että tutkimuksen suorittaneet tutkijat eivät osoita syytä, miksi peippoilla, jotka eivät laulaneet, on ilmeen taso FoxP2 pysyi korkealla.

Toinen seeprapeippoja koskeva tutkimus selvensi roolia FoxP2 laulutaidon muodostumisessa. Todettiin, että alueella X on kaksi neuronipopulaatiota. Ensimmäinen populaatio koostuu hermosoluista, joilla on korkea aktiivisuus FoxP2, toinen - matalalla. Linnun kypsymisen aikana ensimmäisestä populaatiosta peräisin olevien hermosolujen määrä vähenee (kuva 5), minkä myötä myös linnunlaulujen monimuotoisuus vähenee. Kuitenkin ilmaisun taso FoxP2 lisääntyy edelleen suunnatun laulamisen myötä, mikä osoittaa tämän geenin kaksivaiheisen vaikutuksen. Kypsymisen aikana hermosolut ilmaisevat aktiivisesti FoxP2, ovat vastuussa alueen X lopullisesta muodostumisesta. Toiminnallisen kypsyyden saavuttamisen jälkeen geeniaktiivisuus lisääntyy ohjatun laulamisen aikana, mikä vaatii koherenssia ja selkeyttä. Jos rikot ilmaisun FoxP2 alueella X, silloin kun linnut oppivat laulamaan, ne toistavat melodioita virheellisesti eikä kokonaan. Jos "puhegeeni" häiriintyy, häiriintyy myös nuorten ja aikuisten lintujen lauluaiheiden normaali vaihtelu. Tämä johtuu alueen X aktiivisuuden dopaminergisen modulaation häiriöstä. FoxP2 osallistuu dopamiinireseptoreiden muodostumiseen alueen X neuronien dendriiteillä ja signaalinsiirtojärjestelmällä niistä soluun, mikä tarkoittaa, että sen ilmentymisen muutos johtaa ongelmiin tässä kaaviossa. Yksityiskohtaisemmin lintulaulujen ja ihmisen puheen muodostumisen geneettisten mekanismien samankaltaisuus kuvataan Elena Naimarkin artikkelissa "Elementit".

Kuva 5. Ikäerot seeprapeippopopulaatioihin kuuluvien hermosolujen lukumäärässä. Aktiivisesti ilmentyvien hermosolujen populaatio FoxP2, vähenee vähitellen iän myötä. "Matalaaktiivisten" neuronien populaation koolla ei ole mitään tekemistä linnun iän kanssa.

Päässä Mikki Hiiri

Nykyaikaiset menetelmät molekyylibiologia sallia "siirtää" geenejä organismista toiseen. On mahdollista esitellä ihminen FOXP2 toisen eläimen genomiin ymmärtääkseen, mitä etuja tämä geenivariantti tarjoaa aivoissa.

Ensimmäinen työ tähän suuntaan tehtiin vuonna 2009 . Tutkimuksen kohteena tiedemiehet ovat tulleet hiiret, joiden genomissa "hiiri" variantti Foxp2 korvataan sanalla "inhimillistetty". On syytä selventää, että koko geeni ei muuttunut, vaan vain kaksi nukleotidia määräävät eron ihmisen ja simpanssin FOXP2-proteiinin aminohapposekvenssien välillä (hiiren proteiini eroaa vielä yhdellä aminohapolla). Kaikki hiiret, joilla on "ihmisen" geeni ( hyräillä) selvisivät ja pystyivät lisääntymään. Tutkimuksessa verrattiin toista hiirityyppiä ( wt/ko), jossa yksi geenin alleeleista Foxp2 kuului tavalliselle hiirelle ( villityyppi wt), ja toinen oli geenivariantti, joka löydettiin ihmisiltä, joilla on puhehäiriöitä ( ko). "Normaaleja" hiiriä tutkittiin myös, ja niiden tulokset otettiin ehdollisena normina, mutta niitä ei otettu keskustelussa huomioon.

Kuva 6. Dopamiinitasot kahden hiiriryhmän aivoissa. Wt/ko-hiiriin verrattuna hum-hiiret tuottavat vähemmän dopamiinia eri aivorakenteissa.

Humanisoidut hiiret osoittivat vähemmän tutkimusaktiivisuutta kuin wt/ko-hiiret, mutta samalla ne osallistuivat todennäköisemmin ryhmäkontakteihin. Hum-hiirillä verrattuna wt/ko-ryhmään dopamiinin, tärkeimmän "motivoivan" välittäjäaineen, taso oli alhaisempi aivoissa (kuva 6). Dopamiinitasojen ja tutkivan käyttäytymisen välillä voi olla suora yhteys. Hum-hiirten alentunut dopamiinitaso ei muodosta motivaatiota toimia yhtä voimakkaasti ja niin paljon kuin wt/ko-hiirillä. Sitä ei kuitenkaan voi sanoa huonoksi. Eräässä mielessä huminahiiriä voidaan kuvata vähemmän nirsoiksi ja keräilevämmiksi kuin niiden wt/ko-vastineet. Hum-hiirten striatumista (alue, jossa on runsaasti dopamiinihermosoluja) löydettiin hermosoluja, joissa oli pidempiä dendriittejä, prosesseja, jotka välittävät tietoa muille soluille. Lisäksi normaali ihmisen variantti Foxp2 lisääntynyt neuroplastisuus hum-hiirten aivoissa. Yleisesti ottaen näyttää siltä, että geenin "inhimillistäminen" virtaviivaisti humihiirten hermoston toimintaa dopaminergisen signaalin lähetyksen hienostuneen virityksen ansiosta.

Eräässä toisessa eurooppalaisen tutkijaryhmän tutkimuksessa analysoitiin erilaisia oppimista hiirillä ihmisversiolla Foxp2. On olemassa kaksi pohjimmiltaan erilaista oppimista - deklaratiivinen Ja menettelyllinen. Deklaatiivinen oppiminen vaatii tietoista hallintaa jokaisessa toiminnassa, tietoisuutta sen merkityksestä. Proseduurioppiminen tapahtuu toimintojen automaattisella toistolla. Kokeessa normaalit hiiret ja hiiret, joilla oli ihmisvariantti Foxp2 piti käydä sokkelon läpi käyttämällä erilaisia harjoituksia. Proseduurioppiminen tapahtui, kun jyrsijöitä vaadittiin aina kääntymään oikealle löytääkseen herkkua. Toisessa tehtävän versiossa, joka sisälsi deklaratiivista oppimista, herkku sijoitettiin aina samaan sokkelon osaan, mutta koska hiiret laukaistiin siihen eri puolilta, heidän oli otettava tämä seikka huomioon ja muistettava ulkoa sen sijainti. palkkio ulkoisten lisäsignaalien perusteella.

Kun oppimisen tyyppejä tarkasteltiin erikseen, kahden hiiriryhmän välillä ei ollut eroa: molemmat ryhmät suoriutuivat tehtävässä suunnilleen samalla tavalla. Hum-hiiret saivat selkeän edun normaaleihin hiiriin verrattuna, jos ne ensin koulutettiin "ilmoittautuneeseen" labyrinttiin ja sitten vaihdettiin "menettelyyn". Ilmeisesti "humanisoiduissa" hiirissä siirtyminen deklaratiivisesta prosessioppimiseen paranee. Kokeilijoiden mukaan tällainen hiirten hermoston toiminnan ominaisuus voi osoittaa muutoksia ihmisten aivoissa, jotka ovat mukauttaneet sen puheeseen. Erityisesti tutkijat uskovat, että hum-hiirillä deklaratiivisen ja proseduaalisen oppimisen tasapaino on siirtynyt kohti prosessioppimista, kun taas normaaleissa hiirissä asia on päinvastoin. Tutkijat kutsuvat ilmiötä nopeasta siirtymisestä deklaratiivisesta oppimisesta prosessioppimiseen, jolloin jälkimmäisen menestys lisääntyy. menettelytapoja.

Tämä aminohapposubstituutioiden vaikutus Foxp2:ssa tuli mahdolliseksi, koska tämä proteiini säätelee suuri määrä geenit ja viime kädessä ohjaa aivojuovion, oppimiseen tarvittavan osan, kehitystä. ihmisversio Foxp2 pidentää dendriittejä striataalisissa hermosoluissa ja lisää myös pitkäaikaista masennusta ( pitkäaikainen masennus- VL) signaalin johtuminen hermosoluissa ja neuroplastisuus, jolla on myös edullinen vaikutus aivojen toimintaan. Ilmeisesti aivoihin muodostuu vahvempia yhteyksiä, jotka suorittavat tehtävänsä vakaammin. Näiden muutosten seurauksena oppimisprosessit integroituvat paremmin käyttäytymismalliin. Proseduraalisointi ei nopeuta taidon "automatisointia", muuten huminahiiret olisivat saavuttaneet suuren edun tavanomaisiin hiiriin verrattuna jo eri tyyppisten harjoitusten eristetestauksen vaiheessa. Sen avulla voit oppia taidon ja sen jälkeen oppia samanlaisia toimintoja kiihdytetyllä tahdilla, automaattisella tasolla, eli se "tallaa polun" muulle tiedolle. Periaatteessa tämä on hyvin samanlaista kuin puheen opettaminen, kun perusasiat oppinut lapsi alkaa oppia itsenäisesti, kirjaimellisesti liikkeellä ollessaan, mukaan lukien sanojen rakentaminen itse.

Ehkä merkittävin panos FOXP2 lajimme evoluutiohistoriassa on oppimisemme menettelytapoja, joka yksinkertaisti paitsi puhetta. Se voisi johtaa tehokkaampaan työkalujen valmistukseen, ruoanvalmistuksen kehittämiseen ja muihin kulttuurimme tärkeisiin osiin. Jos annat mielikuvituksesi valloilleen, voit kuvitella sen moderni sivilisaatio syntyi kahdesta aminohappomuutoksesta FOXP2-proteiinissa, mikä on melko jännittävä idea.

Kirjallisuus

Simon E. Fisher, Faraneh Vargha-Khadem, Kate E. Watkins, Anthony P. Monaco, Marcus E. Pembrey. (1998). Vaikeaan puhe- ja kielihäiriöön liittyvän geenin lokalisointi. Nat Genet. 18 , 168-170;
Kate E Watkins, David G. Gadian, Faraneh Vargha-Khadem. (1999). Geneettiseen puhe- ja kielenhäiriöön liittyvät toiminnalliset ja rakenteelliset aivojen poikkeavuudet. American Journal of Human Genetics. 65 , 1215-1221;
D. Tsui, J. P. Vessey, H. Tomita, D. R. Kaplan, F. D. Miller. (2013). FoxP2 säätelee neurogeneesiä alkion aivokuoren kehityksen aikana. Journal of Neuroscience. 33 , 244-258;
G. M. Sia, R. L. Clem, R. L. Huganir. (2013). Ihmiskieleen liittyvä geeni SRPX2 säätelee synapsien muodostumista ja ääntelyä hiirissä. Tiede. 342 , 987-991;
Wolfgang Enard, Molly Przeworski, Simon E. Fisher, Cecilia S. L. Lai, Victor Wiebe, et. ai. (2002). FOXP2:n, puheeseen ja kieleen liittyvän geenin, molekyylievoluutio. Luonto. 418 , 869-872;
F Nottebohm. (1981). Aivot kaikkina vuodenaikoina: sykliset anatomiset muutokset kanarian aivojen laulunhallintaytimissä. Tiede. 214 , 1368-1370;
I. Teramitsu, S. A. White. (2006). FoxP2-sääntely ohjaamattoman laulun aikana aikuisilla laululintuilla. Journal of Neuroscience. 26 , 7390-7394;
Thompson C.K., Schwabe F., Schoof A., Mendoza E., Gampe J., Rochefort C., Scharff C. (2013). Nuori ja voimakas: FoxP2-immunoreaktiivisuus alueella X vaihtelee iän, laulustereotypian ja urosseeprapeippojen laulun mukaan. edessä. Neuraalipiirit. 7 , 24;
Sebastian Haesler, Christelle Rochefort, Benjamin Georgi, Pawel Licznerski, Pavel Osten, Constance Scharff. (2007). Epätäydellinen ja epätarkka laulujäljitelmä FoxP2:n kaatumisen jälkeen Songbird Basal Ganglia Nucleus Area X -alueella. PLoS Biol. 5 , e321;
Malavika Murugan, Stephen Harward, Constance Scharff, Richard Mooney. (2013). Vähentyneet FoxP2-tasot vaikuttavat kortikostriataalisen signaalin dopaminergiseen modulaatioon, joka on tärkeä kappaleiden vaihtelulle. Neuroni. 80 , 1464-1476;
Elementit:"Linnunlaulut ja ihmisten puhe ovat samanlaisten geenien järjestämiä";
Wolfgang Enard, Sabine Gehre, Kurt Hammerschmidt, Sabine M. Hölter, Torsten Blass jne. al. (2009). Foxp2:n humanisoitu versio vaikuttaa hiirten cortico-basaalgangliapiireihin. solu. 137 , 961-971;
dopamiinisairaudet;
Christiane Schreiweis, Ulrich Bornschein, Eric Burguière, Cemil Kerimoglu, Sven Schreiter jne. al. (2014). Humanisoitu Foxp2 nopeuttaa oppimista tehostamalla siirtymiä deklaratiivisesta proseduurisuoritukseen. Proc Natl Acad Sci USA. 111 , 14253-14258.

kielen geeni

Vuonna 1990 perhettä, jolla oli epätavallinen perinnöllinen patologia, tutkittiin Lontoossa. Perheenjäsenillä ei ollut älyllisiä ongelmia, mutta kaikilla oli jonkinlainen puhevamma. Geenitutkimus on johtanut yksittäisen vaurioituneen geenin, joka on vastuussa patologiasta, nimeltä FOXP2, löytämiseen. Sitä kutsuttiin välittömästi "kieligenomiksi".

Nyt kuitenkin tiedetään, että FOXP2 on yksi säätelygeeneistä, jotka osallistuvat moniin prosesseihin, joilla ei ole mitään tekemistä kielen kanssa. Mutta pahinta "kieligeenissä" on, että sen muunnelmia on löydetty melkein kaikista organismeista hiivaan asti. Proteiini, jonka tuottamisesta se vastaa, eroaa hyvin vähän ihmisen ja hiivan välillä.

Joillekin tutkijoille tämä oli todiste siitä, että kielellä ei ole lainkaan geneettistä substraattia. Tätä ongelmaa voidaan kuitenkin tarkastella myös eri tavalla. Puhetta voidaan pitää monimutkaisena monimutkaisena prosessina, jossa FOXP2-geenillä on erityinen rooli kasvolihasten peräkkäisten liikkeiden säätelyssä. Pieni geenin mutaatio voi johtaa epätarkkuuteen lihastyöskentelyyn ja sen seurauksena puhehäiriöön.

FOXP2 sai nykyisen muotonsa noin 200 000-120 000 vuotta sitten. Se oli erittäin mielenkiintoinen aikakausi. Kuten fossiilit osoittavat, juuri tänä aikana tapahtui esi-isiemme viimeinen muutto Afrikasta.

Kirjasta Animal Language: Approaches, Results, Perspectives ... kirjoittaja Reznikova Zhanna Ilyinichna

Tietoteoreettinen lähestymistapa eläinten "kielen" tutkimukseen Tämän lähestymistavan ydin on, että kokeissa koe-eläimiä pyydetään välittämään kokeen tekijälle etukäteen tiedossa oleva tietomäärä ja sen välittämiseen käytetty aika. mitataan,

Kirjasta Apinat, ihminen ja kieli kirjailija Linden Eugene

Osa 1 SIMPANSI KIELEN TEMPPELISSÄ 1. ONGELMA: SIMPANSI, JOKA KYKYY PISTEITÄ Flavius Josephus, aikojen historioitsija antiikin Rooma, kirjoitti "Antiquities of the Jews" -kirjassaan, että kun mies karkotettiin paratiisista, hän muun muassa menetti kyvyn puhua eläinten kanssa.

Kirjasta Fundamentals of Animal Psychology kirjoittaja Fabri Kurt Ernestovich

Lasten kielenkehityksen ongelma On hyvin tunnettua, että lapsi ei synny puhekykyiseksi. Lisäksi on havaittu, että jos vauva ei kommunikoi aikuisten tai muiden lasten kanssa, jotka jo osaavat puhua, hän ei pysty hallitsemaan puhetta, vaikka

Kirjasta Language as Instinct Kirjailija: Steven Pinker

Kuvaus kielestä ja sen kehityksestä lapsissa Roger Brownin näkökulmasta Turvaudumme kielen apuun, kun haluamme kertoa, kuinka muinaisista esi-isistämme tuli ihmisiä. Kielen ansiosta jokainen sukupolvi voi kerätä tietoa ja siirtää sitä eteenpäin, kuten Brown uskoo.

Kirjasta Aivot, mieli ja käyttäytyminen kirjailija Bloom Floyd E

9. YKSI KIELEN KUVAUS Charles Hockett julkaisi ajatuksensa kielen keskeisistä ominaisuuksista kirjassa A Course in Modern Linguistics; hän on sittemmin muokannut kiinteistöluetteloaan jonkin verran. Footes valitsi kuitenkin analysoitavaksi alkuperäisen luettelon,

Kirjasta The Brain Tells [Mikä tekee meistä ihmisiä] kirjoittaja Ramachandran Vileyanur S.

Jälkisana SIMPAANIT TIELLÄ KIELTEN TEMPPELIIN Dr. Philol. Sciences B.V. YakushinEugene Lindenin kirjan pääidea on, että eläinmaailman ja ihmiskunnan välillä ei ole ylipääsemätöntä kuilua, eläimillä on yhtä monta oikeutta vauraaseen olemassaoloon maan päällä kuin ihmisilläkin. varten

Kirjasta Masters of the Earth kirjailija Wilson Edward

Ihmiskielen muodostuminen Ihmisen kieli, kuten tapahtui aineellisessa kulttuurissa, pitkän matkan kehitystä, eivätkä ensimmäisiä työtoimia seuranneet äänet voineet vielä olla aitoja yksittäisiä esineitä, niiden

Kirjasta Eye and Sun kirjoittaja Vavilov Sergei Ivanovitš

LUKU 4 KIELITYÖN MEKANISMIT Kielioppi työssä Toimittajat sanovat, että se ei ole uutinen, kun koira puree ihmistä; kun mies puree koiraa - tämä on jotain uutta. Ja tämä on juuri kielivaiston ydin: kieli viestii jotain uutta. ketjut

Kirjailijan kirjasta

LUKU 11 SUURI RÄJÄYS Kielen kehitys Elefantin runko on kuusi jalkaa pitkä ja yhden jalan paksuinen ja sisältää kuusikymmentätuhatta lihaksia. Rungon avulla norsut voivat kitkeä puita juurineen, pinota tukkeja pinoihin tai sijoittaa ne huolellisesti haluttuun asentoon, kun

Kirjailijan kirjasta

Kielen rooli tietoisuuden alkuperässä Julian Janesin (Janes, 1976) mukaan persoonallisuuden yhtenäisyys, josta Gazzaniga kirjoitti, on yllättävän tuore ihmiskunnan historiassa. Janes uskoo, että tietoisuus ilmestyi ihmisiin vasta noin kolme tuhatta vuotta sitten,

Kirjailijan kirjasta

George Berkeley Näön teoria eli visuaalinen kieli, joka osoittaa jumaluuden välittömän läsnäolon ja huolenpidon; suojattu ja selitetty. Vastaus anonyymille kirjoittajalle<…>6. Että ateistiset periaatteet ovat juurtuneet syvälle ja levinneet pidemmälle

Eri lajien kokonaisten genomien vertaaminen auttoi ymmärtämään, miksi ihmiset ja simpanssit ovat niin erilaisia toisistaan huolimatta niiden genomien suuresta samankaltaisuudesta. Takana viime vuodet Tuhansien lajien (useimmiten mikro-organismien) genomit on sekvensoitu. Kävi ilmi, että tärkeintä on se, missä genomin osassa muutokset tapahtuvat, ei niiden kokonaismäärä. Toisin sanoen uuden lajin luomiseksi ei tarvitse muuttaa genomia paljon. Jotta yhteinen esi-isämme simpanssien kanssa voisi kehittyä ihmisiksi, ei ollut tarvetta nopeuttaa molekyylikelloa kokonaisuutena. Salaisuus oli tehdä nopeasti muutoksia niihin paikkoihin, joissa niillä olisi merkittävä vaikutus koko organismin toimintaan. Tällainen esimerkki, yhdessä HAR1-sekvenssin kanssa, on nopeasti muuttuva sekvenssi, joka sisältyy FOXP2-geeniin.

Sen tiedetään liittyvän puheeseen: vuonna 2001 osoitettiin, että ihmiset, joilla on tämän geenin mutaatioita, eivät pysty tuottamaan joitain nopeita kasvojen lihasliikkeitä, joita tarvitaan sanojen artikulaatioon, vaikka heillä on normaalit kognitiiviset puhekyvyt. Normaalisti tällä sekvenssillä on useita eroja simpanssin sekvenssiin verrattuna: kaksi nukleotidimuutosta, jotka muuttivat sen proteiinituotetta, ja monet muut muutokset, jotka ilmeisesti vaikuttivat siihen, miten, milloin ja missä tätä proteiinia käytetään ihmiskehossa.

Äskettäinen löytö on tuonut hieman valoa siihen, kun hominiinit kehittivät puhuttavan version FOXP2:sta. Vuonna 2007 Leipzigin Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology -instituutin tutkijat sekvensoivat neandertalin jäännöksistä uutetun FOXP2:n ja havaitsivat, että nämä sukupuuttoon kuolleet ihmiset kantoivat geenin nykyihmisen versiota. On todennäköistä, että he voisivat puhua samalla tavalla kuin me. Viimeisimmät arviot Neandertalin evoluutiolinjojen erotusajasta ja moderni mies osoittavat, että uusi FOXP2-muoto ilmestyi viimeistään puoli miljoonaa vuotta sitten. Useimmat ominaisuudet, jotka erottavat ihmisen puheen muiden eläinten ääniviestinnästä, eivät kuitenkaan johdu fyysisistä tiedoista, vaan

Jos puhe on ihmisen evoluutiota, sillä täytyy olla myös geneettinen perusta. On yleinen tosiasia, että lähimmältä sukulaiselta suuret apinat meidät erottaa vain 1 % geneettisestä materiaalista. Näyttää siltä, että tämä ei ole paljon, mutta koko genomin lajittelu kiinnostavien erojen etsimiseksi ei ole niin yksinkertaista. Tämä lähestymistapa ei vielä tuo upeita löytöjä: suurin osa löydetyistä eroista on toiminnallisesti neutraaleja. Siksi "inhimillisimpien" ominaisuuksien genetiikka, mukaan lukien puhe, suurimmaksi osaksi jää tuntemattomaksi. Meillä on kuitenkin käytettävissämme toinen lähestymistapa: patologian geneettisen perustan määrittäminen meitä kiinnostavilla potilailla, joilla on vajaatoiminta. Kaikki, mitä nykyään tiedetään puheen genetiikasta, on paljastettu tällä tavalla.

KE perhe

1990-luvulla yksi brittiläinen perhe, jota kirjallisuudessa kutsutaan nimellä KE, joutui tutkijoiden tietoon. Tässä perheessä kolmessa sukupolvessa esiintyi melko vakava puhehäiriö, joka periytyi autosomaalisena hallitsevana piirteenä. Tämä löytö aiheutti valtavan kohun: jotkut tutkijat päättelivät nopeasti, että olemme lähellä "puhegeenin" tai jopa "kieliopin geenin" löytämistä. Kauan ennen kuin biologia pystyi vahvistamaan tai kumoamaan tämän, Noam Chomsky väitti, että oli olemassa jonkinlainen luontainen kielen oppimisväline, joka oli jo "terätty" yleismaailmallinen kielioppi, etukäteen "tietäen" yleiset periaatteet kieltä ja odottaa vain tiettyä kieliympäristöä. Mutta jos mekanismi on synnynnäinen, sillä on geneettinen perusta - ja kaikki näiden syiden löytämistä toivovien katseet kääntyivät KE-perheeseen.

Ensimmäinen askel oli neuropsykologinen tutkimus. Kävi ilmi, että kaikkien perheenjäsenten, myös niillä, jotka eivät kärsineet puhehäiriöstä, älykkyysosamäärä oli alle keskiarvon. Eli ensinnäkin kuvattu puhehäiriö ei ole aivan spesifinen, ja jotkut ilmenemismuodot voivat johtua henkisestä jälkeenjääneisyydestä. Toiseksi, erityiset puhetestit eivät myöskään vahvistaneet hypoteesia, että kielioppisääntöjen käyttökyky heikkenisi. Pikemminkin potilailla oli vaikeuksia liikkeiden koordinoinnissa, orofacial-alueen lihasten hallinnassa. Samaan aikaan häiriöllä oli apraksian luonne, toisin sanoen motoristen ohjelmien kehityshäiriö, mutta erityisesti puheen suhteen; Siitä lähtien se on saanut sopivan nimen: lasten puheapraksia. Mutta on mielenkiintoista, että puutteita ei löydetty vain suullisessa puheessa, vaan myös kirjallisuudessa, ja niihin liittyi myös puheen havaitseminen (tiedetään, että viittaus omiin, sisäisiin motorisiin ohjelmiimme on välttämätöntä jonkun toisen puheen havaitsemiseksi). Neurokuvaustutkimukset ovat osoittaneet, että kyseessä oli aivojen kehityshäiriö, joka johti morfologisesti havaittaviin muutoksiin tiettyjen rakenteiden koossa, mukaan lukien aivokuoren ytimet ja pikkuaivot.

Siitä huolimatta yhteys puheen toimintaan oli ilmeinen, ja tämä oli ainoa "geneettinen vihje", joka päätyi tutkijoiden käsiin. 1990-luvun lopulla alettiin etsiä KE-perheessä puhehäiriöitä aiheuttavia geenirakenteita. Ensin he havaitsivat, että kromosomi 7 eroaa rakenteeltaan, sitten - sen spesifinen osa, jossa geeni oletettavasti sijoittui. Sen nimeksi annettiin SPCH1 - ja lopuksi, käyttämällä toisen kliinisen tapauksen tietoja, itse geeni löydettiin - FOXP2.

FOXP2 evoluutiossa

FOXP2-tuote on transkriptiotekijä, eli se säätelee muiden geenien ilmentymistä. Se sitoutuu suoraan DNA-alueeseen, joka sisältää nämä geenit, mikä vaikuttaa niiden transkription todennäköisyyteen. Tämän proteiinin ominaisuus on rakenteellinen motiivi - haarukan muotoinen domeeni (forkhead-box tai lyhyesti sanottuna FOX-domeeni), joka sitoutuu DNA:han.

Ilmeisesti geeni osallistuu puhetta tärkeämpiin toimintoihin. Tämän osoittaa, että ihmispopulaatiossa ei ole yksilöitä, joissa molemmat FOXP2:n kopiot vaurioituisivat. Lisäksi evoluutiotutkimukset ovat osoittaneet, että tämä geeni on erittäin konservoitunut nisäkkäissä: simpansseilla, gorilloilla ja reesusmakakeilla se eroaa vain yhdellä aminohapposubstituutiolla ortologistaan hiirissä. Vastaava apinan geeni eroaa ihmisen ortologista kahdella aminohapposubstituutiolla. Merkittävämpiä eroja paljastuu kuitenkin ilmentymisen luonteessa: esimerkiksi ihmisillä glutamiinimolekyylien toistuva sekvenssi vaihtelee pituudeltaan, kun taas simpansseilla tätä ominaisuutta ei havaita. Lisäksi todettiin, että ihmisillä verrattuna todennäköisyyslaskelmiin aktiivisten substituutioiden määrä on suurempi kuin hiljaisten substituutioiden (hiljaiset mutaatiot eivät johda muutokseen aminohapposekvenssissä). Tämä viittaa siihen, että FOXP2-geenin ihmisen muunnelman hyväksi tapahtui valinta, eli se saattoi olla ainakin yksi geeneistä, joka määritti kielitaitojen syntymisen evoluutiossa.

FOXP2-intronin vaihtelevuuden analyysi eri ihmispopulaatioissa mahdollisti likimääräisen arvion geenin johtaneen mutaation ilmaantumisajankohdan moderni ilme. Tämä tapahtui noin 220 tuhatta vuotta sitten, eli modernin anatomisen tyypin (CHSAT), Homo Sapiensin, muodostumisen aikana. Myöhemmin kuitenkin kävi ilmi, että FOXP2 näytti samalta neandertalilaisilla, eli geenin olisi pitänyt ilmestyä neandertalin ja PCAT:n yhteisen esi-isän olemassaolon aikana, noin 300-400 tuhatta vuotta sitten. Itse päivämäärämenetelmät vaativat kuitenkin lisävarmennusta.

FOXP2 hiirissä

Tutkijoiden seuraava askel oli tutkia FOXP2:n toimintoja, ja koska se eroaa vain muutamista aminohapposubstituutioista hiirissä, ne näyttävät olevan hyödyllinen malli. Foxp2-knockoutin (hiiriversiossa sen oikeinkirjoitus on hieman erilainen) vaikutusten joukossa ovat ne, jotka liittyvät ääneen: tällaiset eläimet antavat vähemmän todennäköisesti spontaanisti ääntä - mutta ne ovat kiistanalaisia eivätkä suinkaan ole ensisijaisia. Foxp2-poistohiirten alkionmuodostuksen aikana hermosolujen kasvu ja haarautuminen heikkenevät ja aksonien kasvun suunta vääristyy. Hiiret, joilla on "sammutettu" geeni, elävät 3-4 viikkoa, lihovat hitaasti eivätkä lisää

saavuttavat normaalin koon, heillä on useita motorisia häiriöitä, mikä selittyy pikkuaivojen viivästyneellä kypsymisellä. Ihmisillä ei ole muita FOXP2-virheisiin liittyviä neurologisia oireita kuin mainitut kognitiiviset puutteet.

On mahdollista, että FOXP2-geenin (ja sen homologin hiirissä) normaalien kopioiden puuttumisen kuolleisuus johtuu sen vaikutuksista muihin kudoksiin, kuten sydämeen ja keuhkoihin. Geeni ilmentyy pääasiassa aivokuoren syvissä kerroksissa, pikkuaivojen Purkinje-soluissa ja aivojuovion keskikokoisissa piikkihermosoluissa.

Toinen koe oli luoda hiirillä sama mutaatio FOXP2:ssa, joka johti KE-perheen sairauteen (ja myös heterotsygoottiseen tilaan). Tällaisen korvaamisen seurauksia tutkitaan tarkemmin kudostasolla. Muuttunut on synaptinen plastisuus kortiko-striataali- ja -pikkuaivoyhteyksissä; aivojuovion piikkihermosolujen glutamatergisissä synapseissa pitkäaikaista masennusta havaittiin normaalia harvemmin. Vastaavasti näiden hermosolujen perusaktiivisuuden taso nousi sähköfysiologisissa tutkimuksissa, mikä on yhdenmukainen itse KE:n neurokuvantamisen tulosten kanssa: se osoitti myös striatalin toimintahäiriötä.

FoxP2:n tutkimukset linnuilla ovat mielenkiintoisia: vaikka niiden geeniversio poikkeaa enemmän ihmisen omasta, sen selkeä yhteys ääntelyyn on osoitettu. Geeni ekspressoituu voimakkaasti striatumissa, joka on osa laululintujen ääntelystä vastuussa olevaa hermoverkkoa. Seeprapeippoilla pystyttiin osoittamaan, että jos geenin ilmentymistä vähennetään keinotekoisesti molekyyligeneettisillä menetelmillä, poikanen oppii lajilaulunsa epätäydellisesti ja vääristyneessä muodossa.

Kohteena FOXP2

Jos FOXP2 on transkriptiotekijä, niin puheen muodostukseen suoraan vaikuttavien geenien tulisi olla sen kohteena. Useita tällaisia geenejä tunnetaan itse asiassa:

– CNTNAP2 (Contactin-associated protein-like 2) koodaa transmembraanista proteiinia CASPR2, joka kuuluu neureksiinien superperheeseen ja välittää solujen välisiä vuorovaikutuksia. Tämän geenin eri mutaatioiden yhteys autismiin, skitsofreniaan, epilepsiaan ja Touretten oireyhtymään on osoitettu. Kaikilla näiden mutaatioiden kantajilla on samat fenotyyppiset ominaisuudet – henkinen jälkeenjääneisyys, kohtaukset, autistinen käyttäytyminen ja puhehäiriöt – ja jokainen näistä piirteistä voi vaihdella vaikeusasteeltaan lievästä vammautumiseen. Meitä kiinnostavat puhehäiriöt ilmenevät viiveenä puheen kehitys, täydellinen puheen puute ja dysartria. Tutkituin on yhden SNP:n (single nukleotid polymorphism, single nukleotid polymorphism) yhteys spesifiseen kielen vajaatoimintaan (SLI), sairauteen, jossa puhe on heikentynyt kuulovaurioiden ja autististen piirteiden puuttuessa. Korkea CNTNAP2-ilmentymisen taso havaitaan Brocan alueen aivokuoren kerroksissa II-IV ja Sylvian vaoa ympäröivillä alueilla.

– SRPX2- ja uPAR-geenit toimivat kompleksina, ja FOXP2 säätelee molempien ilmentymistä. SRPX2-geeni liittyy Rollandin epilepsiaan ja puheen apraksiaan; morfologisesti tällaisilla potilailla on usein mikrogyriaa Sylvian sulcusin alueella. Hiirillä on osoitettu, että SRPX2:n ilmentyminen vaikuttaa eksitatoristen synapsien ja piikien muodostumiseen, eli tämän linkin häiriö voi johtua vastaavasta FOXP2-poistovaikutuksesta hiirissä. uPAR-geeni koodaaria, joka osallistuu SRPX2-vaikutukseen.

– FOXP2:n säätelemien geenien joukossa on ehdokasgeenejä autismille, esimerkiksi MET tai MEF2C. MEF2C:n (myosyyttien tehostajatekijä 2C) tehtävänä on oletettavasti säädellä (eli tukahduttaa) dendriittikärkien ja eksitatoristen synapsien muodostumista hippokampuksen hermosoluissa; sama asia tapahtui viljellyillä striatumsoluilla tehdyssä kokeessa. Koska FOXP2 vähentää MEF2C:n ilmentymistä, sen toimintahäiriö johtaa päinvastaiseen vaikutukseen, mikä on yhdenmukainen yllä olevien tietojen kanssa: FOXP2-poistohiirissä näemme striataalisten hermosolujen hyperaktiivisuutta. Ontogeniassa tämä johtaa kortikostriataalisten yhteyksien muodostumiseen eri tilavuudessa kuin normaalisti. MET-geeni koodaa tyrosiinikinaasireseptoria, joka on osallisena monissa prosesseissa alkion synnyn aikana. Mitä tulee neurogeneesiin, tiedetään, että tämä geeni ekspressoituu aktiivisesti hermosolujen kasvukartioissa kehitysvaiheen varhaisissa vaiheissa, ja sen aktivaatioon liittyy pieni GTPaasi Cdc42 ja se stimuloi hermosolujen kasvua, dendriittihaaroittumista ja selkärangan muodostumista. MET:n inaktivointi kokeessa johti muuttuneiden hermosolujen muodostumiseen, jotka vastasivat rakenteeltaan kypsymisen alkuvaiheita. Jos MET:n aktivaatio alkiogeneesissä pitkittyy, tämä tukahdutti glutamatergisten synapsien muodostumisen ja kypsymisen. Yritykset manipuloida MET-ilmentymisen tasoa hermosolujen prefrontaalialueella ovat johtaneet häiriöihin hermoverkkojen muodostumisessa, joissa nämä neuronit ovat yleensä mukana.

– DISC-1 (Disrupted in Skitsofrenia) -geeniä tutkittiin alun perin nimellä mahdollinen syy skitsofreniaa, mutta tällä hetkellä sitä tutkitaan myös monien muiden mielenterveyshäiriöiden, mukaan lukien mieliala, kehitysvammaisuus ja autismi, varalta. Sen toimintoja ymmärretään huonosti, mutta sen oletetaan olevan välttämätön myös synaptogeneesille.

Muut sairaudet, muut geenit

FOXP2:n ja sen tiimin lisäksi löytyy myös muita geenejä, joiden vauriot vaikuttavat puhetaidon eri puoliin. On selvää, että vain yksi geeni, vaikka se olisikin transkriptiotekijä, ei voinut täysin määrittää kielen kehitystä ja antaa ihmisen evoluutiolle niin jyrkkää käännettä. Ilmeisesti tämä tapahtui hitaasti ja vaati monia muutoksia.

Lasten mielenterveyshäiriöiden joukossa on erityinen osio, joka on omistettu erityisesti puhehäiriöille. Koska kyseessä on geneettisesti määräytyvä patologia, joka ilmenee usein lapsuudessa, on tiettyjen lapsuuden puhehäiriöiden geneettistä perustaa tutkittu melko hyvin.

1. Kehityshäiriö (lukuhäiriö) - Ääntämis- ja lukuvaikeudet, joita ei voida selittää muilla ilmeisillä syillä, kuten alhainen älykkyysosamäärä tai fyysinen vamma, sekä oppimisvaikeudet. Vaikuttaa 5-10 %:lla lapsista kouluikä, ja aikuisiässä vaikeudet jatkuvat. Usein puheen ymmärtämisessä on vaikeuksia, jotka paljastuvat hienovaraisemmilla testeillä.

Genominlaajuisissa tutkimuksissa on tunnistettu 9 DYX1-9-aluetta, jotka voivat liittyä tämän taudin kehittymiseen. Niistä kolmessa tietyt geenit ovat paikallisia:

– DYX1-alueella DYX1C1-geeni. Tämän geenin toimintoihin kuuluu neuronien vaeltaminen, sytoskeleton organisointi. Post mortem -tutkimuksissa sellaisten ihmisten aivoissa, joilla oli DYX1C1-mutaatioita vasemmalla pallonpuoliskolla, havaittiin lieviä epämuodostumia, jotka liittyvät dystooppisiin hermosoluihin ja gliaan.

– DYX2-alue sisältää KIAA0319- ja DCDC2-geenit. KIAA0319-geeni koodaa kalvoproteiinia, jolla on suuri solunulkoinen domeeni, jota tarvitaan hermosolujen tarttumiseen. DCDC2 koodaa yhtä kaksoiskortiinin (epäkypsien hermosolujen ekspressoima proteiini, neurogeneesin merkki) domeeneista ja sitä tarvitaan solun tukirankavälitteiseen solunsisäiseen dynamiikkaan.

– DYX5-alueella ROBO1-geeni, joka koodaa ohjausreseptoria aksonien risteytykseen keskiviiva. Sen mutaatiot johtavat toimimattomien pallonpuoliskosten välisten yhteyksien muodostumiseen.

2. Spesifinen puhehäiriö - kyvyttömyys hallita puhekieltä, joka ei johdu muista syistä, mikä vaikuttaa yhteen sen tärkeästä osa-alueesta: morfologia, syntaksi, pragmatiikka tai semantiikka. Sekä puheen toisto että havainto voivat olla heikentyneet ja kirjallinen puhe. Sairaus vaikuttaa jopa 7 %:lla 5–6-vuotiaista lapsista. Iän myötä puute korjaantuu, mutta poikkeamat monimutkaisissa testeissä säilyvät aikuisiässä. Olemme jo maininneet yhden tämän häiriön ehdokasgeeneistä, CNTNAP2:n. Kaksi muuta paikannettiin kromosomiin 16: CMIP ja ATP2C2. CMIP koodaa proteiinia, joka saapuu sytoskeletoniin, ja SPP:tä lukuun ottamatta sen mutaatioita esiintyy autistisilla potilailla. ATP2C2 koodaa kalsiumin ATPaasia ja osallistuu solujen magnesium- ja kalsiumtasojen säätelyyn.

3. Lasten puheapraksia - häiriö, joka kuvattiin aineiston alussa, se auttoi havaitsemaan FOXP2-geenin. Myöhemmin kuitenkin kävi ilmi, että vain pienellä osalla tämän häiriön kriteerit täyttävistä potilaista on vaurioita FOXP2-geenissä, eli useimmat lapsuuden puheapraksian tapaukset johtuvat muista syistä.

4. Äänenääntämishäiriö - puheäänten toiston ja oikean käytön vaikeudet, jotka ilmenevät useimmiten merkityksen ymmärtämisen kannalta merkittävinä äänten poisjäämisinä ja korvauksina. Tämä ilmiö havaitaan hyvin usein pienillä lapsilla, jotka vasta oppivat puhumaan. Sitä pidetään patologisena, jos se jatkuu kuuden vuoden iässä - tämä tapahtuu noin 4 prosentissa tapauksista. Tätä häiriötä on vaikea erottaa lapsuuden apraksiasta ja spesifistä

puhehäiriö. Voi olla yhteinen geneettinen perusta lukihäiriön kanssa, koska merkittävin yhteys löytyy DYX5-alueen muutoksista.

5. Änkytys - tavujen tahaton toisto ja pidentäminen, puheen tasaisuutta rikkovat tauot. Yleensä paranee iän myötä, mutta noin 20 % potilaista jatkaa änkytystä aikuisikään asti. Puheen semanttisia ja kieliopillisia ominaisuuksia ei yleensä rikota. Suhde on löydetty kolmen geenin kanssa, jotka osallistuvat lysosomientsyymien objektien tunnistamiseen: GNPTAB, GNPTG ja NAGPA. Kaikki kolme geeniä koodaavat N-asentyyliglukosamiini-1-fosfotransferaasientsyymin alayksiköitä, jotka ovat välttämättömiä mannoosia sisältävien oligosakkaridien "merkitsemiseksi" ja myöhempään lysosomien tunnistamiseen. Nämä geenit voivat liittyä myös vakavampaan sairauteen kuin änkytystä - mukolipidoosityypit 2 ja 3.

Tunnetaan myös MCPH- ja ASPM-geenien kompleksi, jonka viat johtavat mikrokefaliaan. Tällaisilla potilailla kielen kehitys ei ylitä kuusivuotiaan lapsen tasoa. Heillä on kuitenkin peruskielitaidot, mikä taas johtaa meidät aivojen sisäisen rakenteen tärkeyteen, ei sen koon. MCPH koodaa mikrokefaliiniproteiinia, joka osallistuu solusyklin organisoimiseen ja DNA:n korjaukseen ennen jakautumista. ASPM-tuote on välttämätön jakokarojen rakentamiseen ja varmistaa tuloksena olevien solujen symmetrian. Mielenkiintoista on, että näiden geenien vialliset muunnelmat ovat harvinaisia Afrikassa, jossa tonaaliset kielet ovat yleisiä, ja usein (jopa 30 %) Euroopassa, missä tämäntyyppisiä kieliä ei ole.