识别人类记忆的关键基因:来自遗传学和认知神经科学的见解

研究人员已经确定了100多个对人类记忆很重要的基因。这项研究首次确定了记忆处理过程中基因数据和大脑活动之间的相关性，为研究人类记忆提供了一个新的窗口。

“这非常令人兴奋，因为这些基因与行为关系的识别为测试这些作用开辟了新的研究途径基因在记忆功能和功能障碍的特定方面，”德克萨斯大学西南分校的Genevieve Konopka说，她今天在旧金山的认知神经科学学会(CNS)年会上介绍了这项新工作。“这意味着我们更接近于理解支持这种机制的分子机制人类的记忆因此，有一天我们将能够使用这些信息来帮助解决各种记忆问题。”

这项研究是“成像遗传学”这一新兴但不断发展的领域的一部分，该领域旨在将遗传变异与基因变异联系起来大脑解剖学和功能。哈佛医学院和马萨诸塞州总医院的Evelina Fedorenko说:“基因塑造了大脑的解剖结构和功能组织，大脑的这些结构和功能特征导致了可观察到的行为。”

虽然过去的工作旨在将行为与基因联系起来，但研究人员缺乏可以在两者之间架起强大桥梁的神经标记。“探索基因与大脑的关系可能会对人类的认知和神经结构产生丰富的理解，包括对人类在动物王国的独特性的洞察，”在CNS会议上主持成像遗传学研讨会的Fedorenko说。

由于基因分型已经变得越来越便宜和容易，而大型脑成像和电生理学数据集也越来越容易获得，这一新领域现在成为可能。她说，与此同时，大规模国际合作(例如ENIGMA)的数量也在增加，这些合作“促进了新颖的理论，进一步的方法创新，并允许跨实验室、国家和大陆聚合数据集”。

Fedorenko说，将认知神经科学与遗传学相结合可以采用几种不同的方法。例如，研究人员可以寻找与某些遗传变异相关的发育障碍个体的神经差异，并将其与对照组进行比较。其他人可能会比较大脑解剖在同卵双胞胎和异卵双胞胎中的作用。而其他研究人员可能会寻找的模式基因表达并将观察到的模式与大脑结构的其他数据联系起来——这是科诺普卡和同事们用于新的记忆基因研究的方法。

这项研究是与神经外科医生布拉德利·莱加博士合作进行的，目的是确定对学习和记忆等“正常认知”很重要的基因。先前的研究证实，某些基因组会改变认知缺陷个体的基因表达。这项工作还建立在科诺普卡团队先前对功能磁共振成像数据的分析基础上，将静息状态的大脑行为与特定基因联系起来。

研究人员使用了两组数据:死后脑组织中的RNA和癫痫患者的颅内脑电图(iEEG)数据。“我们测量RNA作为大脑中基因表达的代理，”科诺普卡解释道。“定量大脑中的RNA需要从脑组织本身提取RNA。因此，我们只能访问大脑组织在死后，或者在极少数情况下，可以从手术切除的大脑中获得组织。”

iEEG数据集包括癫痫患者在接受电极监测以定位癫痫发作时执行情景记忆任务的数据。从宾夕法尼亚大学和托马斯·杰斐逊大学收集了10多年，它是大脑中此类记忆数据的最大可用数据集之一。“虽然受试者都患有癫痫，但我们采取了一些预防措施，包括不受癫痫活动影响的颅内数据，”科诺普卡说。“因此，我们相信我们鉴定出的基因可以推广到癫痫人群之外。”RNA和iEEG数据都来自大脑左半球的新皮层区域，可以进行人群水平的分析。

研究人员确定的对人类记忆很重要的基因与之前与其他类型的认知过程和静息状态fMRI活动相关的基因不同。“在这一点上，我们不能说基因表达本身是否会驱动记忆，或者它是否只是记忆的反映大脑的活动正确记忆形成所需的模式，”科诺普卡说。

记忆基因也与几个与自闭症相关的基因重叠，这意味着“我们已经确定了一个了解对正常情况重要的分子途径的窗口。内存她说:“从基因的角度来看，自闭症中存在风险的功能。”这项新研究将为未来的工作提供信息，特别是为在动物模型中进行进一步实验确定基因靶点记忆功能．

Fedorenko对这些和许多其他来自新的成像遗传学领域的早期发现感到兴奋。但她指出，它们的稳健性和可复制性尚未得到证实。她说:“作为一个领域，我们需要提高我们的严格标准，并要求结果在发表之前至少在两个数据集上得到重复，以免文献中充斥着假阳性。”

费多伦科说，另一个挑战是“大数据”问题。她说，从本质上理解遗传变异需要大量数据。事实上，她自己在人类语言系统方面的工作积累了大量的数据集，其中有良好的个人水平的语言活动神经标记，使脑遗传研究成为可能。“然而，通常情况下，数据挖掘自下而上的方法需要用更有针对性的假设驱动的精心控制的实验研究来补充，”她说。

尽管如此，费多伦科强调，婚姻之间认知神经科学遗传学很可能是一个硕果累累的领域。“鉴于这一新兴研究领域固有的跨学科性质，我希望许多年轻的神经科学家和遗传学家会对新的关键发现的可能性感到兴奋，并加入我们的努力，带来新的能量和革命性的想法，这样我们就可以一起了解基因是如何产生我们的神经和认知架构的。”