Оглавление

Электроды, гены, два близнеца: Российско-британская лаборатория поведенческой генетики ПИ РАО

  • 414
  • 1,1
  • 0
  • 0
Добавить в избранное
Мы такие одинаковые, и всё-таки мы порознь. Рисунок Елены Беловой.

Поведенческая (или психо-) генетика — это наука, которая пытается разобраться в том, как сочетаются в людях гены и среда. История лаборатории возрастной психогенетики Психологического института РАО отражает состояние современной поведенческой генетики во всем мире — расширение инструментария, рост количества коллабораций и увеличение роли кросс-культурных исследований.

Кто мы такие и что творим?

В одном старом-старом здании рядом со строением самого старого университета страны, скрытый от посторонних глаз бизнес-центрами и подземными стоянками, расположился институт. Психологический институт Российской академии образования, на третьем этаже которого уже много лет в поте лица работает лаборатория возрастной психогенетики ПИ РАО. Но, видимо, сначала нужно сделать небольшое отступление.

Психогенетика (или — в западном варианте — поведенческая генетика) — это интегративная наука, изучающая процессы взаимодействия генетических и средовых факторов в формировании индивидуальных различий по интеллекту, когнитивным функциям, личностным чертам и другим поведенческим параметрам. В междисциплинарных исследованиях используются самые разные методы: молекулярно-генетические (гены-кандидаты, GWAS и другие), нейрофизиологические, экспериментально-психологические и др. В целом, основание исследований в поведенческой генетике — это оценка вклада наследственности и среды в вариацию фенотипа посредством сравнения индивидов с заведомо известным генетическим сходством (например, моно- и дизиготных близнецов или детей и их родителей). Однако иногда используют и более стандартные для генетики молекулярно-генетические подходы [1].

Человечеству всегда было интересно, являемся ли мы tabula rasa — «чистым листом», на котором просто отпечатывается обучение и личный опыт, — или уже рождаемся неодинаковыми, с разными задатками и склонностями. Если 200 лет назад об этом говорили только философы, то в наше время до решения таких сложных вопросов добралась и генетика. Всё больше и больше молекулярных механизмов предлагается для описания тех или иных видов расстройств [2]. Так, различные виды зависимостей часто связывают с генами рецепторов к дофамину, а шизофрению совсем недавно удалось связать c генами, регулирующими синаптический прунинг [3]. Анализ генетических факторов в разных группах риска может принести и практическую пользу обществу в целом, послужив основой для разработки методов, которые смогут выявлять людей, склонных, например, к криминальному поведению или суициду [4, 5]. Как это ни удивительно, различия в политических взглядах тоже в какой-то мере определяются генетическими факторами [6], а самые смелые исследователи даже пытаются связать поведение и эпигенетику [7, 8]. Конечно, надо понимать, что связь генетических и средовых факторов нельзя описать эффектами одного гена. Сила эффекта какого-то конкретного полиморфизма в 99% случаев оказывается крайне малой. Этим современная количественная генетика отличается от того, что рассказывают в школе про менделевское наследование. Кроме того, некоторые генетические факторы могут проявляться только при определенном воздействии окружающей среды. Так, изучение генетики политических предпочтений выявило связь либеральных и консервативных взглядов с разными вариантами гена фермента МАО-а. Однако в случае МАО-а эта связь опосредуется количеством друзей в подростковом возрасте. В другом исследовании ген 5-НТТ оказался связан с явкой на выборы. Но только у тех участников исследования, кто часто ходил в церковь. Подробнее об этом рассказывает статья «Политика — это у нас в крови!» [9].

В нашей лаборатории мы занимаемся той частью поведенческой генетики, которая связана с обучением. Исторически исследования такого типа базировались на близнецовом методе — оценке сходства между парами моно- и дизиготных близнецов для определения вклада генетических и средовых факторов в индивидуальные различия. И, конечно, эти исследования изначально затрагивали в основном поведенческие аспекты: среди методик числились, например, опросники темперамента или тесты на время реакции. Более поздние исследования уже были связаны с генетической психофизиологией — изучением наследуемости электрофизиологических показателей мозга.

С развитием и увеличением доступности методов в наш арсенал вошли и молекулярно-генетические исследования, в первую очередь — в рамках подхода генов-кандидатов. В Москве у нас пока нет собственной молекулярно-генетической лаборатории (хотя в обозримом будущем она должна появиться), но на базе дружественных нам Уфимского центра генетики и Томской лабораторий когнитивных исследований и психогенетики мы выделяем из образцов (преимущественно крови и слюны) ДНК, которую готовы в дальнейшем анализировать уже с коллегами из более профильных учреждений. Несмотря на то, что сейчас у нас нет финансовых возможностей для проведения полногеномного анализа ассоциаций на таком большом количестве испытуемых, мы храним все образцы для будущего (в котором, как мы верим, всё станет дешевле и проще).

Место под солнцем

В лаборатории ежегодно проводится огромное количество исследований. Мы работаем совместно с рядом лабораторий и кафедр в России и СНГ: в Нижнем Новгороде, Уфе, Томске, Ижевске, Челябинске и даже Бишкеке, — а также сотрудничаем с мировыми трендсеттерами: наша лаборатория — детище двух организаций, ПИ РАО и Goldsmiths College, и возглавляется директорами с обеих сторон. Вся область поведенческой генетики довольно коллаборативна — обязывает необходимость сбора огромных объемов данных и их анализа. У нас есть совместные работы с лабораториями из Огайо (США), Китая, Киргизии и многих других стран.

Но хватит отделываться общими словами: нам же интересны реальные исследования, так? Полный список наших работ можно найти в конце статьи, а пока — несколько тизеров. Сотрудники нашей лаборатории совместно с Томском ведут второй в мире лонгитюд (исследование, в котором замеры повторяются в течение длительного времени, например, каждые два-три года) семей с детьми, зачатыми с помощью экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) [10, 11]. Первые замеры начинаются УЖЕ с момента оплодотворения. С зиготы, Карл! Вы едва начали существовать как клетка, а мы уже вас изучаем! (Напомним, что такие исследования возможны благодаря Роберту Джеффри Эдвардсу, создавшему технологию ЭКО [11].) При этом наша выборка позволяет подбирать для анализа родителей с разным уровнем генетического родства с будущим ребенком (с обоими, с обоими же, но без внутриутробной среды матери, только с матерью, только с отцом или ни с кем из них). Такой экспериментальный план позволяет отделять генетические воздействия не только от средовых, но даже от пренатальных!

Или другой пример. В качестве моделей в большинстве случаев нам нужны близнецы. Учитывая количество факторов, влияющих на индивидуальные различия, для достижения статистически значимых эффектов необходимы выборки большего масштаба, чем принято анализировать в других областях наук о поведении. Собрать необходимое количество непросто, учитывая небольшую частоту их встречаемости в популяции (1-3%). В Великобритании, например, есть проект TEDS (Twins Early Development Studies), который, используя огромный близнецовый регистр, помогает собирать килотонны данных в кратчайшие сроки. Хороший опыт надо перенимать, именно поэтому в настоящий момент мы вместе с Томском формируем Российский школьный близнецовый регистр. Если близнецы не идут в лабораторию, лаборатория едет к близнецам, получая доступ к колоссальной базе потенциальных респондентов для любых наших будущих исследований.

Немного о нас (всё сложно)

Исходя из методического арсенала, нет ничего удивительного в том, что наша лаборатория, созданная еще в 1972 году выдающимся психогенетиком Инной Владимировной Равич-Щербо, первоначально называлась лабораторией генетической психофизиологии. В 1993 лабораторию возглавил Сергей Борисович Малых, и, взяв уверенный курс на активное включение в международную науку, в 2011 привел её к реорганизации в Российско-британскую лабораторию психогенетики. К тому моменту лаборатория уже выстроила на своей базе коллаборации с группами исследователей из Твери, Санкт-Петербурга, Бишкека, Ижевска и Уфы — в общем, к началу объединения мы уже представляли собой внушительного отечественного флагмана.

Но вернемся к интернациональному сотрудничеству. С момента объединения лабораторией руководят два человека: Сергей Малых с российской стороны, а Юлия Ковас — с британской. А дальше, как говорится, стоит только вступить на тракт: Юлия вскоре возглавила мегагрантовую лабораторию когнитивных исследований и психогенетики Томского государственного университета, таким образом сблизив нас и с ней. В свою очередь, на нашей новой совместной базе была создана исследовательская сеть INRiCHD (International Network for Research in Child Health and Development). Шаг за шагом мы включались в сотрудничество с коллегами по всему миру, образуя настоящий лабораторный консорциум: InLab (INternational LABoratory) — Международная лаборатория междисциплинарных исследований индивидуальных различий в обучении. Мы консолидируем, координируем и консультируем в России и сотрудничаем, обмениваемся данными и процедурами со всем миром, по мере сил и возможностей способствуя развитию поведенческой генетики.

Не конкуренция, а кооперация

Мы всегда открыты для любого сотрудничества. Мы уже взаимодействуем с профильными лабораториями в Великобритании, Киргизии, Китае и Америке, а также внутри России (Томск, Челябинск, Нижний Новгород, Уфа и так далее) — вы только почитайте предыдущий раздел. Тем не менее, даже если вы занимаетесь не совсем поведенческой генетикой (а иначе мы бы о вас, вероятно, слышали), но у вас есть что предложить — скорее пишите!

Мы с удовольствием берем аспирантов, но «защищаем» в первую очередь кандидатов психологических наук, имейте в виду. Готовы брать студентов, обсуждаем возможность набирать рекрутов с факультета биоинженерии и биоинформатики, сотрудничаем с НИУ ВШЭ (в рамках программы «Когнитивная нейронаука: от нейрона к познанию»). Писать курсовые, дипломы и статьи в Российско-британской лаборатории поведенческой генетики — стильно, модно и молодежно. Настоятельно рекомендуем!

Оснащение

Тут мы, конечно, отстаем от коллег-генетиков по сложности и финансовым затратам, но большинству психологов прикурить дадим. Разумеется, наше главное оружие — это неожиданность, страх и безжалостная эффективность, но помимо них в арсенале имеются:

  1. Поведенческие методики. Золотой стандарт психологического тестирования — анкеты, тесты, формы. Мы не очень любим опросники, так или иначе диагностирующие мистическую «личность», а вот тесты на интеллект, пространственное мышление, умственное вращение, чувство числа и прочие способности — очень котируем. Проходящая от анкетных гугл-форм через flash-игрушки на упомянутое вращение и другие невербальные причуды линия финиширует где-то в районе автоматизированных нейропсихологических батарей в духе CANTAB. Если это звучит недостаточно брутально, просто представьте себе стильный черный планшет с уникальным софтом, который позволяет делать безумное количество разных тестов, от простых Go — No Go для понимания, достаточно ли вообще респондент себя контролирует, чтобы отвечать на вопросы, не поддаваясь импульсивному порыву, и до сложных вербальных тестов на принятие решений, исполнительную функцию, память, внимание и многое другое. Если вы никогда не привозили такой девайс в киргизское село или в деревню под Ижевском, вы вряд ли знаете, каково ощущать себя Доном Руматой или на крайний случай Эшем Уильямсом. Но мы не собираемся останавливаться на закупленном и уже разрабатываем собственную систему конструирования и проведения когнитивных тестов, взяв за основу бесценный опыт наших кембриджских коллег.
  2. Задание из нейропсихологической батареи CANTAB

    Подберите число, которое удачно встанет в скобки ;) Это пример задания из нейропсихологической батареи CANTAB. С ее помощью можно изучать когнитивные способности, время реакции, рабочую память и многое другое.

  3. Компьютерные игры. Да, наши эстонские и итальянские коллеги разработали две полномасштабных компьютерных игры, King’s Challenge и Spy, которые используются для всеохватывающей оценки пространственных способностей. (Вообще-то, игры это только по форме, а на самом деле — серьезные исследовательские инструменты.) В первой вы — известный королевский инженер, решающий серию задач для возведения замка королю: нужно нарисовать 2D-проекцию стен, ориентируясь на 3D-изображение, или наоборот; опознать угол, с которого представлен конкретный вид объекта; решить серию задач на физическую логику (какой ящик упадет первым, какая шестеренка крутится быстрее, кто из двух наблюдателей видит другого в зеркале); найти выход из лабиринта... Эти и другие задачи решаются на скорость, а финальную оценку по каждому блоку можно зашерить в соцсетях!
    Что же до Spy, то в ней вы играете роль шпиона-контрразведчика. Бродите по городу, запоминаете маршруты, добираетесь до позиций в кратчайшие сроки, ориентируетесь по сторонам света или лэндмаркам, теряя миникарту, выбираете направление, глядя на снимок с камер слежения, — справитесь вы со своим заданием или нет, зависит только от вас.
    А пока вы бегаете по городу или решаете задачи, мы отслеживаем латентное время обработки задания, время реакции, способы решений, кратчайшие маршруты и так далее. Всё это огромной базой данных ложится на серверы, чтобы потом скрупулезно разбираться по нескольким научным работам и исследовательским группам. Мало того, конкретно эти методики мы используем в большом кросс-культурном исследовании, включающем Великобританию, Россию, Китай и Киргизию. Ну разве не бомба?
  4. Компьютерные игры

    Компьютерные игры King’s Challenge и Spy. King’s Challenge (вверху). Слева: нужно нарисовать 2D-проекцию 3D-объекта, чтобы помочь инженерам короля построить стену. Справа: вы уже тренируете этих инженеров, проверяя собственную физическую логику. SPY (внизу). Навигация по незнакомому городу простой не бывает, да? Особенно когда ты — секретный агент, и даже твое руководство не до конца понимает, что тебе нужно сделать. Ходи́те по локациям, ищите предметы, ориентируйтесь без карты и смотрите в оба: враг не дремлет.

  5. ЭЭГ-оборудование высокой плотности — до 160 отведений прямо с вашего скальпа. Разделяем вас с вашим близнецом, сажаем перед допотопным монитором в темной закрытой комнате, где ранее располагался холодильник, шприцами заливаем в электроды (хотя по ощущениям — прямо в мозг) гель и заставляем около часа решать арифметические, алгебраические и лингвистические задачи. Пишем и анализируем энцефалограмму не только во время активного решения задач, но и в фоновом, расслабленном состоянии — насколько это возможно в темной закрытой комнате с двумя-тремя бородатыми мужиками со шприцами.
  6. Подготовка к ЭЭГ-эксперименту

    Подготовка к ЭЭГ-эксперименту. Слева — Да, это выглядит как-то так. Приходите к нам! Справа — Уже «подготовленные» близнецы с электродами на голове.

  7. Ай-трекинг (High-speed SMI). Можем точно сказать, смотрите ли вы в глаза, когда вас об этом настойчиво просят. Пока больше ни для чего не используется, но экспериментальные дизайны, включающие ай-трекинг, уже на подходе.
  8. Тепловая карта

    Окей, это не совсем то, что разглядывают наши респонденты, но тепловая карта, получающаяся в итоге ай-трекерного исследования, выглядит примерно так.

  9. Молекулярно-генетические методы. Это, как вы помните, не у нас, а у томских и уфимских коллег. И тем не менее все близнецы исправно плюют в колбочки, а мы отправляем биоматериал в Сибирь, чтобы похоронить там в вечной мерзлоте. Шутка. Они там что-то с ним делают. Мы не очень знаем, что.

Б — значит будни

Помимо каждодневного общения в нашей славной компании, работающей в московском институте, раз в неделю мы устраиваем общий скайп на Лондон, Москву и Томск для поддержания всех сотрудников в тонусе и общем контексте (см. рисунок ниже).

Совместное заседание коллабораторов

Совместное заседание томской и московской частей большой коллаборативной семьи. Слева направо: Елена Есипенко (м.н.с., Томск), Михаил Гриняев (аспирант, Томск), Илья Захаров (н.с., Москва), Юлия Ковас (завлаб, Лондон-Москва-Томск).

Типичный день для сотрудника выглядит так — собираем данные близнецов: приходит вместе пара моно- или дизигот, у которых мы собираем слюну, пишем ЭЭГ, заставляем их два часа корпеть над нейропсихологическими батареями в темноте бывшего холодильника за закрытой дверью толщиной 15 сантиметров без надежды выйти отсюда когда-либо. В соседней аудитории сотрудники, не занятые поддержанием имиджа сумасшедших ученых, в панике дописывают статьи и отчеты по грантам. Те, кто не дописывают, разъезжают по городам и весям, охотясь за данными и устраивая засады на крупные группы школьников и студентов. Возвращаются с трофеями и садятся их сортировать: таксидермисты от обработки данных — довольно привередливые ребята, особенно учитывая тот факт, что ценятся они на вес золота и работают во всех проектах сразу. Да, если специалист по обработке данных — это вы, вам осталось только уметь читать и понимать намеки, чтобы знать, где вас очень ждут.

Если говорить серьезно, мы скорее стайеры, чем спринтеры. Собранных в один-два захода данных с лихвой хватает на два года последующего анализа и публикаций как в отечественных журналах, так и в зарубежных. Разумеется, процессы идут параллельно. Кроме того, мы координируем сбор и анализ данных в Бишкеке, Ижевске, Нижнем Новгороде, Томске, Челябинске и других городах — короче, по большей части консультируем коллег в щекотливых вопросах. Мало того, иногда успеваем еще и организовать одно-два научно-популярных мероприятия или выступить на них.

Science Slam двух столиц

Science Slam двух столиц. В центре — спина одного из сотрудников лаборатории, Ильи Захарова, который стал победителем в Москве.

И, конечно, раз в неделю все мы собираемся у круглого стола (он действительно круглый), чтобы поддержать друг друга в нелегкое время, обсудить текущие статьи и сформулировать темы для новых, да и просто поделиться свежими новостями из мира поведенческой генетики.

Вот так у нас весело.

Заглядывайте на огонек!

Статья написана при участии Александра Фенина.

Литература

  1. Слово о генетике поведения;
  2. Тонкие нити судьбы;
  3. Фишман Р. (2016). Ученые обнаружили молекулярный механизм возникновения шизофрении. N+1;
  4. В тюрьму за гены;
  5. Молекулярные маркеры самоубийства;
  6. Элементы: «Гены управляют поведением, а поведение — генами»;
  7. Эпигенетика поведения: как бабушкин опыт отражается на ваших генах?;
  8. Эпигенетика: невидимый командир генома;
  9. Политика — это у нас в крови!;
  10. «За экстракорпоральное оплодотворение» — это не тост, а Нобелевская премия!;
  11. Дети из пробирки;
  12. Kovas Y., Garon-Carrier G., Boivin M., Petrill S.A., Plomin R., Malykh S.B. et al. (2015). Why children differ in motivation to learn: Insights from over 13,000 twins from 6 countries. Pers. Individ. Dif. 80, 51–63;
  13. Rodic M., Zhou X., Tikhomirova T., Wei W., Malykh S., Ismatulina V. et al. (2015). Cross‐cultural investigation into cognitive underpinnings of individual differences in early arithmetic. Dev. Sci. 18, 165–174;
  14. Голуби умеют считать наравне с приматами;
  15. Числовая ось у цыплят такая же, как у людей;
  16. Kovas Y., Voronin I., Kaydalov A., Malykh S.B., Dale P.S., Plomin R. (2013). Literacy and numeracy are more heritable than intelligence in primary school. Psychol. Sci. 24, 2048–2056..

Комментарии

Вас также может заинтересовать