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心理所研究揭示基因影响生物运动加工、自闭特质及二者关联

2018年01月27日 来源: 阅读量:217
心理所研究揭示基因影响生物运动加工、自闭特质及二者关联

  肢体运动是人类的第二语言。舞者举手投足之间,人们便能感受到激情和隽永;当静止的卡通形象被赋予真实的运动,人们立刻看到了鲜活的生命;即使当身体轮廓不可见,人们依然可以凭借几个置于关节上的光点,清晰地辨别他人的动作、了解其意图、甚至预测其下一秒的行为。

  上述现象无不表明,人类具有敏锐捕获并准确感知生物运动信息的能力。这种能力对人类的生存及社会交往至关重要。然而,并非所有个体都能很好地识别生物运动。以往研究发现,自闭症谱系障碍(ASD),一类以社会交往和交流障碍为特点的遗传性疾病,常常伴随着生物运动加工能力的异常。

  是什么决定了生物运动知觉的个体差异?如何解释它和个体自闭特质之间的关联?为回答上述问题,脑与认知科学国家重点实验室、中国科学院心理研究所的蒋毅研究员、王莹副研究员及其团队开展了一项行为遗传学研究。

  该研究揭示,生物运动知觉中的两种基本能力——即视觉系统加工生命体的局部动态和整体结构的能力——分别由遗传和环境因素主导。此外,遗传因素可以很大程度上解释生物运动加工的可遗传成分和个体自闭特质之间的关联。该研究成果最近发表于《美国科学院院刊》(PNAS)。

  生物运动中所包含的各关节点的局部运动(图1, Local BM cues)和骨骼的整体结构(图1, Global BM cues)是视觉系统分析生物运动所依赖的基本信息。前人研究发现,二者的视觉加工过程存在很大差异——比如,提取和利用局部生物运动信息需要较少的注意资源及意识的参与,且不易受学习、噪音掩蔽及外周呈现等因素的影响,提示两种过程可能由不同的神经机制介导。

图1 光点生物运动刺激序列(上:完整的刺激;下:关节点位置打乱的刺激)及其包含的整体结构和局部运动信息


  蒋毅研究组使用双生子的实验设计,分别探究了局部生物运动信息加工、整体生物运动信息加工及一般性生物运动信息加工能力的可遗传性。基于同卵双生子比异卵双生子共享更多的基因而非环境这一特点,研究者可以通过分析同卵和异卵双生子在所观测变量上相似性的差异,并采用遗传模型对数据进行拟合,估算出基因和共同环境对该变量个体差异的贡献。

  在实验一中,研究者将构成生物运动的关节点的位置打乱,剥离整体结构的影响,从而考察观察者对局部生物运动信息的加工能力(图2, BM-Loc)。组内相关和遗传模型拟合的结果表明,上述能力的个体差异主要由基因(遗传度48%)而非共同环境所贡献。

  在实验二中,研究者掩蔽生物运动刺激中的局部运动信息,仅保留整体结构为有效线索,以考察观察者对后者的加工能力(图2, BM-Glb)。与实验一相反,遗传分析的结果表明共同环境(解释43%的个体差异)而非遗传因素塑造了人对生物运动整体结构的知觉。

  在实验三和实验四中,研究者不再单独分离局部运动或整体结构,进一步证实了一般性的生物运动信息加工能力(图2, BM1,BM2)具有可遗传性。两个实验的结果一致揭示了基因和共同环境的联合作用,模型拟合得到的遗传度介于前两个实验的结果之间。


图2 局部、整体和一般性生物运动信息知觉实验的范式(上)及结果(下)


  此外,研究者测量了双生子被试的自闭特质,发现自闭特质本身具有较高的遗传度。更为重要的是,局部生物运动加工能力较差的个体表现出较高的自闭水平,且基因可以解释二者间75%的相关,说明它们受共同遗传因素的调控(图3)。


图3 局部生物运动信息加工和自闭特质共享遗传基础


  生物运动加工被认为具有重要的进化意义,因为理解身体的语言不是人类的专利,而是一种跨物种的能力。该研究发现生物运动知觉具有可遗传性,为上述观点提供了有力的证据。在此基础上,该研究揭示了生物运动知觉的两种基本成分在可遗传性上存在分离,进而从遗传学的角度支持并拓展了生物运动知觉包含两种不同神经机制的理论观点。同时,该研究推动了人们对自闭症谱系障碍和生物运动加工缺损之间的关联的认识,并提示后者可能是社会认知能力异常发展的标志。

  该研究的合作者包括脑与认知科学国家重点实验室的何生教授以及加拿大皇后大学的Nikolaus Troje教授。

  该研究获得国家自然科学基金、中国科学院脑先导专项、前沿科学重点研究项目、青年创新促进会等的支持。