Когнитивная геномика задержки обучения и низкого уровня мониторинга социальной активности у макак

Jun 10, 2024

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16539 (2022 г.) Цитировать эту статью

1042 доступа

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Когнитивные навыки и лежащая в их основе нейронная архитектура находятся под влиянием генетики. Исследования в области когнитивной геномики исследуют триадные взаимоотношения между генами, мозгом и когнитивными способностями, при этом их основная стратегия основана на генотипе. Здесь мы показываем, что обратная стратегия возможна для идентификации новых генов-кандидатов для определенных нейрокогнитивных фенотипов у макак. У двух обезьян, первоначально участвовавших в отдельных психологических исследованиях, наблюдалась задержка обучения и низкий уровень контроля за социальным поведением. У одной обезьяны зеркальных нейронов было меньше по сравнению с контрольной группой, а мю-супрессия отсутствовала в лобной коре. Другая обезьяна продемонстрировала повышенную зрительную реакцию как в лобной коре, так и в богатом дофамином среднем мозге с отсутствием межзональной синхронизации. Анализ экзома показал, что две обезьяны, скорее всего, были двоюродными братьями и имели общие варианты MAP2, APOC1 и, возможно, HTR2C. Эта основанная на фенотипе стратегия в когнитивной геномике предоставляет полезные средства для выяснения генетической основы фенотипических вариаций и разработки макакских моделей нервно-психических расстройств.

Когнитивные навыки и лежащая в их основе нейронная архитектура находятся под генетическим влиянием1,2,3,4. Выяснение геномной основы высших когнитивных функций было давним интересом в науке о геноме. Недавние достижения в области высокопроизводительных технологий позволили со значительно меньшими затратами определять последовательности всего генома человека. Этот прогресс привел к развитию междисциплинарной области науки, называемой когнитивной геномикой2,3,5. Исследования в области когнитивной геномики потенциально могут определить индивидуальные вариации когнитивных характеристик в генетическом плане, что, в свою очередь, может не только помочь в разработке моделей психических расстройств на животных, но и способствовать пониманию эволюционных траекторий генно-познавательных ассоциаций.

В исследованиях когнитивной геномики на приматах, кроме человека, в основном использовался подход, «ориентированный на генотип»6. В рамках этой стратегии исследователи заранее определяют интересующие гены и исследуют когнитивные аспекты, связанные с полиморфизмом целевых генов. На сегодняшний день объектом изучения стали несколько генов: SLC6A4 (переносчик серотонина) для когнитивной гибкости7 и социального взгляда8 у макак, SLC6A4 и TPH2 (триптофангидроксилаза 2) для аффилиативных тенденций9 у макак и AVPR1A (рецептор аргинина-вазопрессина 1А) для социальности10 и зеркальное самоузнавание11 у шимпанзе. Помимо подходов, основанных на генотипе, возможен также обратный подход, основанный на фенотипе6. Здесь исследователи сосредотачиваются на аспектах познания, а не на генах, которые различаются у разных людей, и пытаются определить генетические корреляты когнитивных вариаций. Эта стратегия может быть применена к животным с необычными когнитивными фенотипами, которые затем могут быть использованы в качестве моделей нервно-психических расстройств у приматов. Два редких варианта кодирования были идентифицированы в ABCA13 и HTR2C у японских макак, у которых спонтанно проявлялся аутистический фенотип12.

Здесь мы сообщаем о двух японских макаках (M593 и M639) со значительными задержками в обучении в лабораторных условиях. Обе обезьяны также демонстрировали низкий уровень контроля за действиями других, несмотря на различия в условиях выполнения задания, т.е. задачи социального обратного обучения (M593)13 и процедуры социального кондиционирования по Павлову (M639)14. Анализ активности мозга с использованием микроэлектродов выявил аспекты реакций, связанных с заданием, в корково-подкорковых областях, которые статистически отличались от контрольных. Комплексный генетический анализ посредством секвенирования экзома выявил родственные связи между двумя обезьянами (скорее всего, двоюродными братьями) и общие генетические варианты в MAP2, APOC1 и, возможно, HTR2C. Все эти гены связаны с нервно-психическими расстройствами у людей.