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语言基因Foxp2的关键作用

日期:2014-09-17 00:00:00

Foxp2基因(Forkhead box p2)即叉头框P2基因,是控制语言能力发展的基因。在人类,FOXP2基因位于第7对染色体上。它在许多其它具有复杂发声、及发声学习能力的动物,例如鸣禽中,也有发现。因此该基因发生突变会影响语言能力,同时它也是一个孤独症易感基因。

最近,来自麻省理工学院(MIT)和欧洲几所大学的研究人员证明,Foxp2基因的人类版本,能够使新体验更容易地转变成例行程序。当他们通过转基因技术使小鼠表达“人类化”的Foxp2,这些小鼠比正常小鼠更聪明,能够更快地学会走出迷宫。

本文资深编辑、MIT麦戈文脑研究所成员、MIT教授Ann Graybiel称,这些研究结果表明,Foxp2可能有助于人类学习语言的关键组件——将某些经历(例如,当大家看到一杯水,听到 “玻璃杯”这个单词),转变为,自动把这个单词与外观和功能与玻璃杯类似的物体联系起来。

Graybiel说:“这个人类语言基因,可能与一种特殊的学习能力有关,这种学习能力会带大家必须做有意识的联系,以便根据大家周围的线索采取一种几乎自动的方式。”

相关研究结果发表在最近的《PNAS》杂志,德国路德维希-马克西米利安大学人类学和人类遗传学教授Wolfgang Enard,也是本文的资深编辑。本文的主要编辑还包括:麻省理工学院以前的访问研究生Christiane Schreiweis,马克斯普朗克进化人类研究所的Ulrich Bornschein。

所有的动物物种彼此之间都能互相交流,但是人类具有一种独特的能力,能够生成和理解语言。科学家认为,Foxp2等几个基因可能有助于这些语言技能的发展。该基因首次是在英国一个家族中被发现的,这个家族成员患有严重的说话和理解语言困难,研究人员发现他们携带突变的Foxp2基因。

在2009年,马克斯普朗克进化人类学研究所主任Svante Pääbo及其研究小组,利用转基因技术,使小鼠表达人类形式的Foxp2基因,这个基因编码的蛋白,与小鼠基因编码的蛋白仅有两个氨基酸的差异。他的研究小组发现,这些转基因小鼠纹状体(与习惯养成有关的大脑部分)中具有更长的树突——细长的延长,神经元用来彼此之间进行交流。它们还更好地形成新的突触——神经元之间的连接。

本文共同编辑Pääb和纹状体专家Enard enlisted Graybiel,帮助研究替代Foxp2所产生的行为影响。他们发现,具有“人类化”Foxp2的小鼠,能够更好地学习走出迷宫,小鼠在迷宫中面对T字路口的时候,必须根据迷宫地板的纹理,决定是向左转还是右转,以获得食物奖励。

这种类型的学习,第一阶段需要使用陈述性记忆,或对事件和地点的记忆。随着时间的推移,这些记忆线索会嵌入习惯中,通过程序性记忆——常规任务(例如每天开车,或打网球)所必需的记忆类型——被编码。

利用另一种迷宫,称为十字迷宫,Schreiweis及其MIT同事能够检测小鼠每种类型记忆的能力,以及两种类型的相互作用。他们发现,当只需要一种记忆时,具有人类化Foxp2的小鼠,表现得跟正常小鼠一样,但是当学习任务需要它们将陈述性记忆转化为习惯例程时,它们的表现更为突出。因此,关键的发现是,人类化Foxp2记忆更容易把注意的行为转化为行为例程。

Foxp2产生的蛋白质是一种转录因子,这意味着它能够打开和关闭其他基因。在这项研究中,研究人员发现,Foxp2基因似乎能打开参与神经元之间突触连接的调控基因。他们还在一部分纹状体中发现了增强的多巴胺活性。此外,一些纹状体区域的神经元可能被更长时间的关闭,以响应长期激活——一种称为长时程抑制的现象,是学习新任务和形成记忆所必需的。

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