很多證據(jù)表明我們從父母那里繼承了很多大腦結(jié)構(gòu)上的特性，比如大腦尺寸、皮質(zhì)形狀等。但面對特定的任務(wù)和情緒時(shí)，我們大腦的功能是否也具有遺傳性？后天環(huán)境的影響有多大？這些都是大腦研究中懸而未決的問題。近日一項(xiàng)研究通過分析上百對雙胞胎的大腦發(fā)現(xiàn)，我們處理不同情緒和認(rèn)知任務(wù)的方式可能由遺傳以及環(huán)境因素共同決定。

這項(xiàng)研究于2024年2月12日發(fā)表在《人腦圖譜》（Human Brain Mapping）雜志上，由來自澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）和澳大利亞神經(jīng)科學(xué)研究所（NeuRA）的7名科學(xué)家共同完成。研究者們通過對雙胞胎進(jìn)行功能性磁共振成像（fMRI）掃描，分析了環(huán)境和遺傳對大腦在面對不同任務(wù)時(shí)的情緒和認(rèn)知的影響。

該研究的主要作者 Haeme Park 博士表示：“我們已經(jīng)進(jìn)行了相當(dāng)多的研究來探索遺傳與環(huán)境對大腦結(jié)構(gòu)的影響，但要理解我們大腦的功能則更為困難?！苯Y(jié)果顯示，情緒和認(rèn)知任務(wù)的情況非常復(fù)雜。一些情緒和認(rèn)知任務(wù)部分與遺傳有關(guān)，另一些則完全與環(huán)境有關(guān)。

他們還發(fā)現(xiàn)，一些相同的遺傳和環(huán)境因素可能在大腦面對不同任務(wù)的反應(yīng)中都起到作用。例如，一些相同的遺傳因素影響了我們?nèi)绾翁幚砜謶趾涂鞓?，以及我們?nèi)绾尉S持注意力。

該研究的共同通訊作者Justine Gatt 表示：“這項(xiàng)研究很有趣，我們進(jìn)一步了解到我們的生活經(jīng)驗(yàn)在多大程度上調(diào)節(jié)了某些大腦過程。這說明除了一些無法改變的生物特性以外，我們對自己的大腦還擁有著一定的支配權(quán)?！?/p>

“了解我們大腦功能的哪些方面與環(huán)境密切相關(guān)，可以幫助我們制定個(gè)性化的干預(yù)方法，以提升心理幸福感，促進(jìn)心理健康。”他說。

寶貴的雙胞胎研究

大腦功能“先天vs后天”的辯論并不新鮮，雙胞胎研究能夠給這一爭論提供最有力的論據(jù)。

雙胞胎擁有相似甚至相同的基因，并共享家庭成長環(huán)境，也擁有自身獨(dú)特的環(huán)境（塑造生活的個(gè)體事件），因此成為遺傳學(xué)家和心理學(xué)家評估這些因素對特定特征影響的獨(dú)特研究工具。

“對于雙胞胎研究，招募同卵和異卵雙胞胎都很重要，” Gatt 教授說道，“同卵雙胞胎共享100％的遺傳，如果他們一起長大，他們共享相同的環(huán)境。而對于非同卵雙胞胎來說，他們只有50％的遺傳基因是共享的，但他們有相同的環(huán)境?！?/p>

雙胞胎研究為大腦形態(tài)的遺傳性提供了有力證據(jù)，表明不同腦區(qū)域的結(jié)構(gòu)變異可以歸因于遺傳因素。另一方面，對大腦功能（例如通過腦電圖評估）的遺傳性研究較少，該研究通過檢索發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究僅有26項(xiàng)，且結(jié)果參差不齊。

Park 博士表示：“在這項(xiàng)研究中，我們想要彌合文獻(xiàn)中的許多差距，并通過分析雙胞胎，更加全面和有力地描繪遺傳和環(huán)境因素對情緒和認(rèn)知任務(wù)中大腦活動(dòng)表達(dá)的影響?！?/p>

認(rèn)知和情緒任務(wù)

最近的這篇論文是來自 TWIN-E 研究的眾多論文之一，該研究于2009年招募了來自澳大利亞全國各地的1600對同卵和異卵雙胞胎，并由 Gatt 教授領(lǐng)導(dǎo)。其中共有270名成年雙胞胎參與本次研究。

Gatt 教授表示：“我們讓參與者躺在裝有護(hù)目鏡的fMRI（功能性磁共振成像）掃描床上，這些護(hù)目鏡可以讓他們看到前方的任務(wù)。功能性任務(wù)涉及通過護(hù)目鏡觀察不同的圖像和刺激?！?/p>

當(dāng)參與者在完成任務(wù)時(shí)，fMRI機(jī)器正在掃描他們的大腦以測量其活動(dòng)。

這些雙胞胎完成了總共五項(xiàng)任務(wù)。其中兩項(xiàng)與情緒反應(yīng)有關(guān)，例如對不同表情的反應(yīng)，其他三項(xiàng)與認(rèn)知有關(guān)，例如維持注意力和短期記憶能力。

fMRI掃描結(jié)果可以顯示大腦不同過程的活躍區(qū)域，大腦激活程度的強(qiáng)度可以用一個(gè)尺度來衡量。

“那些在某些大腦區(qū)域顯示出較高激活的個(gè)體有更高的數(shù)值，而那些激活較低的個(gè)體則有較小的數(shù)值。然后我們使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行所謂的‘雙胞胎建?！！盤ark 博士表示，“通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的計(jì)算，我們就能了解在這些數(shù)據(jù)差別中，遺傳和環(huán)境分別扮演著什么角色?！?/p>

雙胞胎建模揭示功能遺傳性

雙胞胎建模方法揭示了他們對結(jié)果分析的兩個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。

首先，研究人員分析了在個(gè)體處理任務(wù)的過程中遺傳與環(huán)境對大腦的影響?！拔覀儗Σ煌^程使用不同的大腦網(wǎng)絡(luò)——例如，處理哭泣的面孔或快樂的面孔將使用大腦的不同區(qū)域，而不同于試圖記住某人的電話號碼?！盙att 教授說道。

“但我們發(fā)現(xiàn)對于其中一些網(wǎng)絡(luò)，遺傳在一定程度上起到了較小到中等但重要的作用。而對于其他過程，只有環(huán)境決定了大腦功能?！?/p>

具體來說，研究使用了多元獨(dú)立成分分析（ICA）和單變量大腦興趣區(qū)域（ROI）分析兩種量化分析方法。結(jié)果表明，ICA分析中的工作記憶、持續(xù)注意、正面和負(fù)面情緒表情的非自覺加工，以及選擇性注意大腦功能顯示出小到中等程度（21%–34%）的遺傳貢獻(xiàn)，而情緒和反應(yīng)抑制方面沒有遺傳性的證據(jù)。

當(dāng)使用ROI方法時(shí)，雙側(cè)島葉和中央上額葉皮質(zhì)激活水平顯示出類似水平的遺傳性（29%–34%），表現(xiàn)在參與者處理悲傷表情的非自覺加工和選擇性注意的過程中，但在意識到的正面/負(fù)面情緒、工作記憶、持續(xù)注意和反應(yīng)抑制過程中則沒有遺傳影響。

分析的第二部分發(fā)現(xiàn)，支撐不同任務(wù)的遺傳和環(huán)境因素存在相似性。

“例如，我們發(fā)現(xiàn)大腦如何處理恐懼和快樂（在情緒任務(wù)中測量）以及我們維持注意力的能力（在認(rèn)知任務(wù)中測量），具有一些共享的遺傳因素，”Park 博士表示，“這表明一些共同的遺傳特征可能支持這些非常不同的過程。”

團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，我們維持注意力的能力和我們的工作記憶（短效記憶）具有相同的環(huán)境貢獻(xiàn)，這表明來自個(gè)人環(huán)境的生活經(jīng)驗(yàn)在這兩個(gè)過程的大腦活動(dòng)表達(dá)中起到了重要作用。

提升心理幸福和韌性

盡管結(jié)果顯示我們的遺傳和生活經(jīng)驗(yàn)對決定我們的大腦功能至關(guān)重要，但這個(gè)謎團(tuán)遠(yuǎn)未解開。

“仍然有很多東西需要探索?！盤ark 博士說道。該團(tuán)隊(duì)最近對參與者進(jìn)行了隨訪，并期待在10年后再次讓他們執(zhí)行相同的任務(wù)。Gatt 教授、Park 博士和他們的團(tuán)隊(duì)將重新評估結(jié)果，以查看遺傳和環(huán)境對這些大腦過程的影響隨時(shí)間的變化。

Gatt 教授表示：“所有這些結(jié)果描繪了基因與環(huán)境之間復(fù)雜的關(guān)系，這些關(guān)系產(chǎn)生了我們認(rèn)知和情緒底層的大腦活動(dòng)。但了解更精確的細(xì)節(jié)可能有助于制定個(gè)性化的干預(yù)方法，以促進(jìn)更高的心理幸福感，或者減少心理困擾?！?/p>

正在進(jìn)行的 TWIN-E 研究更廣泛地關(guān)注心理幸福和韌性?！拔覀儗⑦@些數(shù)據(jù)用于除了研究基因和環(huán)境之外，還預(yù)測隨時(shí)間推移的心理幸福和韌性軌跡，并查看腦功能和結(jié)構(gòu)等標(biāo)志物的差異可能會(huì)使一些人更具韌性或更容易患上心理健康問題?！盙att 教授說道。

Gatt 教授解釋說：“了解我們的生活經(jīng)驗(yàn)在某些過程中的影響程度與遺傳的影響相比是重要的，尤其對于情緒和焦慮障礙的患者來說。”

“如果某個(gè)人比起正面刺激來說更容易關(guān)注負(fù)面刺激，并且我們知道環(huán)境也在其中起到一定作用，那么通過干預(yù)或訓(xùn)練，我們就可以針對性地改善?！彼f。

文章來源：澎湃新聞

作者：季敬杰