Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия - Роб Десалл

Ученые изучают синестезию уже почти двести лет. Первые исследования, опубликованные в 20-х годах XIX века, были проведены синестетом, и его труд был частично основан на наблюдении за собой. Это явление вызвало большой интерес, но тогда никто не стал погружаться в подробную проработку феномена, и только в конце XIX века двоюродный брат Чарльза Дарвина Фрэнсис Гальтон впервые занялся психометрикой и возможной генетикой синестезии.

Гальтон был известной фигурой в викторианских научных кругах: эрудит, специалист во многих областях, блестящий статистик, если учитывать доступный на то время математический арсенал. Психологи считают Гальтона своим, ведь именно он изобрел многие ранние статистические инструменты, применявшиеся в популярной тогда науке – психометрии. Синестеты представляли особый интерес для Гальтона как психолога, и он первым доказал, что синестезия передается по наследству. Он также ясно показал, что не у всех синестетов возникают одинаковые цветовые ассоциации в задачах с одинаковыми графемами. Кроме того, он настаивал, что генетику следует считать научной дисциплиной. К сожалению, он также защищал и продвигал ныне дезавуированную лженауку под названием евгеника[54]. Именно Гальтон и дал ей это название. А вот хотя феномен синестезии и представлял для него большой интерес, автором термина он не был. Определение синестезии, скорее всего, принадлежит Жюлю Милле, который дал название явлению в 1892 году. Специалист по литературе и культуре конца XIX века Эрика Фретуэлл указала, что синестезия и евгеника были связаны вместе, конечно, отчасти благодаря Гальтону, но и как результат царивших в то время общественных нравов. Викторианские интеллектуалы были зациклены на видовых различиях человека, а синестезия предложила еще один набор критериев для их характеристики, и поскольку она основывается на работе нейронов и мозга, то ее связь с различиями сильнее, чем у генетики.

Привязка к евгенике стала неудачной ассоциацией для синестезии. Но с момента упадка евгеники изучение синестезии открыло множество путей исследования нейронных процессов, и не нужно приписывать ей никакой вины за первоначальную связь с лженаукой. Тем не менее исследования синестезии почти прекратились в начале XX века, когда евгеника вышла из моды. К счастью, за дело снова взялись в конце 80-х годов прошлого века, и акцент на синестезии в генетическом контексте привел к нескольким достижениям в том, как мы рассматриваем этот феномен. Гальтон отметил наследственность синестезии, но ему не хватало инструментов, чтобы определить ее генетическую основу. Кроме того, половая принадлежность, часто связываемая с синестезией, на некоторое время ввела в заблуждение ученых относительно местоположения генов, участвующих в этом явлении. Если, как предполагают некоторые исследования, пол играет такую важную роль, это может означать, что признак связан с Х-хромосомой подобно характеристикам тетрахроматического зрения, рассмотренным в главе 9. Раннее наблюдение Гальтона о синестезии, присутствующей в разных поколениях одной семьи, также сыграло свою роль в попытке раскрыть генетическую основу этого феномена. Форма синестезии, которая называется синестезией цветовой последовательности, была изучена в двойном исследовании в 2015 году учеными Ханной Босли и Дэвидом Иглманом.

Эта форма синестезии проявляется у монозиготных (однояйцевых) близнецов на 74 %, а у разнояйцевых (фратернальных) – на 36 %. Если бы этот признак полностью контролировался генетикой, то однояйцевые близнецы обладали бы 100 % наследственностью. Если признак не был унаследован, то он должен появиться в любом виде близнецов на гораздо более низком уровне согласованности. Наследуемость, проявляемая на 74 % у однояйцевых близнецов в этом исследовании, предполагает, что этот вид синестезии имеет генетический компонент, но он не является полным, и что выражение признака имеет значительный компонент окружающей среды. Для другого типа синестезии используют подход полногеномного поиска ассоциаций.

Современные исследования генома, основанные на полногеномном поиске ассоциаций, используют целые последовательности генома референтных популяций и последовательности особей с интересующим признаком. Эти геномы исследуются с учетом позиций, которые различаются между контрольной группой и людьми с чертой, называемой однонуклеотидным полиморфизмом (или SNP; см. главу 8). Когда хромосомы клетки зародыша человека реплицируются, чтобы получились сперма и яйцеклетки, происходит рекомбинация, или генетический обмен информацией, между хромосомами в клетках, унаследованных от родителей. При этом нарушаются последовательное расположение однонуклеотидных полиморфизмов с признаками в зависимости от того, насколько близок признак к этому полиморфизму. Если полиморфизм и признак очень близки друг к другу на хромосоме, то рекомбинация, или перестановка признака и полиморфизма, будет происходить нечасто и признак, как говорят, будет связан с ним. Таким образом, для закрепления ассоциации требуется показать, что определенный полиморфизм или несколько полиморфизмов связаны с этим признаком. Кроме того, если мы можем определить, где полиморфизм находится на хромосоме, можно связать определенные гены в области полиморфизма с признаком.

Поиск полногеномных ассоциаций показывает, что один вид синестезии (прямая графема – цветовая синестезия) может быть связан с четырьмя из двадцати трех хромосом человека (ни одна из них не половая хромосома X и Y), а другой вид (синестезия цветной последовательности) – с хромосомой 16. Из четырех хромосом в первом случае, которые показывают связь с синестезией, наиболее значима хромосома 2. Остальные три хромосомы (5, 6 и 12) демонстрируют вероятную связь. Чтобы показать возможности и подводные камни этого подхода, рассмотрим некоторые из генов, близкие к связанным однонуклеотидным полиморфизмам на хромосоме 2, которые ассоциируются с синестезией цвета прямой графемы. Поиск генов, связанных с тем или иным признаком, немного напоминает поиск иголки в стоге сена, как мы уже выяснили на примере Чарльза Лупски и синдрома ШМТ в главе 8. Если связь найдена, то «стог сена» сильно уменьшается, но фактор удачи все еще в некоторой степени присутствует. К счастью, 80 % из двадцати тысяч (или около того) генов в человеческом геноме имеют известные, точно описанные функции. Для этих характерных генов выявлены многие параметры: расположение, где ген выражен; как именно кодируемый геном белок работает в развитии и в обычной физиологии; как этот белок работает в биохимических путях и другие параметры. Итак, какие же гены нам следует искать рядом с однонуклеотидными полиморфизмами, связанными с этим признаком? Одна очевидная категория – это любой ген, участвующий в работе нашей нервной системы, или гены, влияющие на развитие нашей нервной системы. Другой категорией могут быть гены, связанные с неврологическими расстройствами или другими аномалиями неврологического характера.

Оказывается, что полиморфизмы, связанные с синестезией на хромосоме 2, находятся в той же области, что и гены, связанные с аутизмом. Люди с расстройством аутистического спектра испытывают сенсорные аномалии, и синестезия часто становится их вторичной особенностью. У них синестезия встречается гораздо чаще. Наконец, используя функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), исследователи увидели, что слуховые стимулы возбуждают одни и те же слуховые и зрительные области мозга как у людей с аутизмом, так и у синестетов. Что касается генов-кандидатов, то ген, связанный с синестезией на хромосоме 2, называемый TBR1, участвует в передаче другим генам нервной системы информации, когда им следует проявляться. Другими словами, TBR1 контролирует несколько генов, играющих важную роль в развитии нервной системы, включая ген, который называется рилин, участвующий в формировании коры головного мозга. Другой ген, вносящий свою лепту в нейронные процессы (который также находится в области генома со связанными полиморфизмами), называется SCN1A. Этот ген кодирует белок, находящийся в мембране синапсов и участвующий в обработке потенциалов действия, проходящих через синапсы. Люди с измененной формой этого гена страдают от эпилептических припадков. Если вернуться к аутизму, то ученые выяснили: у людей с подобным расстройством встречаются редкие варианты TBR1 и SCN1A. Хромосома 16, упомянутая ранее, также имеет однонуклеотидные полиморфизмы, связанные с синестезией цветной последовательности. Этот вид синестезии, вызванный последовательностями графем, таких как ABCD, для воспроизводства цветов, очень разнится от графемно-цветовой синестезии, поэтому неудивительно, что он может быть найден на других хромосомах, отличных от тех, что несут графемно-цветовой тип. Шесть генов в этой области участвуют в развитии и поддержании нервной системы в коре головного мозга. Но, когда эти гены были тщательно изучены на предмет различия между синестетами и несинестетами, ни одно из изменений не смогли связать с этой чертой.