先前的研究顯示，在智力測驗中,，能取得高分個體,，大腦功效也更高。同時也發(fā)現精神分裂癥患者的大腦效能明顯降低,。這項研究首次揭示了遺傳基因對大腦網路配線的“成本效益”產生怎樣的影響,，并且闡明了一些和大腦形成有關的問題,。
來自墨爾本大學神經精神醫(yī)學研究中心的亞歷克斯-福尼托(Alex Fornito)是該項研究報告的首席著作者，他說,，這一發(fā)現對于更好的理解為什么一些人執(zhí)行某些特定任務會遠遠強于其它人有著重大的意義,。而且，有助于了解精神疾病和神經疾病的遺傳學依據,。
福尼特說：“大腦網絡復雜程度相當驚人,，數十億的神經細胞通過數萬億的纖維相連。在這個網絡中,，有效的通信非常重要,。連接越多，網絡效率就更高,，這些連接使得大腦不同的區(qū)域可以相互快速高效的通信,。另一方面，會盡力使得網絡連接配線數目最小化,，因為從消耗的能量來看,，每一個配線連接都非常昂貴。這就說明了為什么一些人的大腦運轉比其它人更有效,。”
雙胞胎基因比較試驗
研究小組成員包括一些來自昆士蘭大學和英國劍橋大學的科學家,，他們對38對同卵雙胞胎和26對異卵雙胞胎的大腦掃描進行了比對研究。發(fā)現同卵雙胞胎擁用相同的基因,，而異卵雙胞胎有大約50%的基因相同,。
福尼托說：“對于研究基因在決定某一具體特性中有多么重要，雙胞胎無疑是比較完美的研究對象,。假定存在差異,，且基因在確定遺傳特征方面非常重要，那么我們可以預測出同卵雙胞胎在這些功能方面的相似性要遠遠高于異卵雙胞胎,。這樣,，我們就可以利用不同的統(tǒng)計模式，精確的計算出基因在確定遺傳特性中所起到的作用,。”
大腦網絡如何組織一直是困擾科學家的難題,。長期以來，人們一直揣測著這些復雜網絡的組織形式,，但是,，全面繪制人類活體大腦連接難度非常大。
研究人員利用核磁共振成像測量了整個大腦中網絡連接的效益,，同時對大腦的具體區(qū)域也進行了類似的測量,。
福尼托說：“核磁共振成像掃描顯示出了異卵雙胞胎大腦網絡組織中的差異出現在哪些位置。就他們大腦網絡的效益而言,，我們發(fā)現存在著巨大的差異,。”
這些大腦功效與生俱來
研究發(fā)現平均全部差異的60%都和基因有關,。因此，大腦如何連接是與生俱來的,。但是,，仍有足夠的空間讓大腦響應外界環(huán)境。
福尼托說：“在大腦的某些區(qū)域,，遺傳作用更加突出,。通過研究，我們發(fā)現前額皮質是大腦中受遺傳影響最強烈的區(qū)域,，而這一部分在策略性思考,、計劃編制以及記憶等方面發(fā)揮著非常重要的作用。這也是受許多精神疾病影響的首要區(qū)域之一,，精神分裂就是一個重要的實例,。因此我們的發(fā)現指出了這些大腦變化的潛在遺傳根據。”
雖然基因遺傳起主要作用,，但是當大腦出現問題時,，適時地利用外界環(huán)境和其它一些因素的影響還是可以避免精神疾病和大腦失調的發(fā)生。
福尼托補充說：“最終,，這項研究將幫助我們找出哪些特定基因非常重要,，從而解釋認知道能力上的差異,，以及確定患類似精神分裂和老年癡呆病等精神疾病和神經疾病的風險,。”他表示，這項研究將為治療大腦失調類疾病開拓新的基因療法,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
The Journal of Neuroscience doi: 10.1523/JNEUROSCI.4858-10.2011
Genetic Influences on Cost-Efficient Organization of Human Cortical Functional Networks
Alex Fornito1,2, Andrew Zalesky2, Danielle S. Bassett1,3, David Meunier1, Ian Ellison-Wright1,4, Murat Yücel2, Stephen J. Wood2,5, Karen Shaw2, Jennifer O'Connor2, Deborah Nertney6, Bryan J. Mowry6,7, Christos Pantelis2, and Edward T. Bullmore1,8
Abstract
The human cerebral cortex is a complex network of functionally specialized regions interconnected by axonal fibers, but the organizational principles underlying cortical connectivity remain unknown. Here, we report evidence that one such principle for functional cortical networks involves finding a balance between maximizing communication efficiency and minimizing connection cost, referred to as optimization of network cost-efficiency. We measured spontaneous fluctuations of the blood oxygenation level-dependent signal using functional magnetic resonance imaging in healthy monozygotic (16 pairs) and dizygotic (13 pairs) twins and characterized cost-efficient properties of brain network functional connectivity between 1041 distinct cortical regions. At the global network level, 60% of the interindividual variance in cost-efficiency of cortical functional networks was attributable to additive genetic effects. Regionally, significant genetic effects were observed throughout the cortex in a largely bilateral pattern, including bilateral posterior cingulate and medial prefrontal cortices, dorsolateral prefrontal and superior parietal cortices, and lateral temporal and inferomedial occipital regions. Genetic effects were stronger for cost-efficiency than for other metrics considered, and were more clearly significant in functional networks operating in the 0.09–0.18 Hz frequency interval than at higher or lower frequencies. These findings are consistent with the hypothesis that brain networks evolved to satisfy competitive selection criteria of maximizing efficiency and minimizing cost, and that optimization of network cost-efficiency represents an important principle for the brain's functional organization.
