发展行为遗传学简介*
张文新 王美萍 曹 丛
(山东师范大学心理学院, 济南 250014)
摘 要 发展行为遗传学是发展心理学与行为遗传学的交叉学科, 旨在探明遗传与环境对人类心理与行为发展是否存在影响, 如何产生影响, 以及该影响及其作用机制是否随年龄增长而发展变化的问题。该学科与行为遗传学在研究对象、设计和内容等方面存在不同; 开展发展行为遗传学研究需要综合运用心理测量法和行为遗传学研究方法; 未来研究应拓宽和深化候选基因与行为关联性的考察, 并着力探析基因与环境的相互作用机制。 关键词 发展行为遗传学;
分类号 B845; B844
发展行为遗传学(developmental behavioralgenetics)是发展心理学与行为遗传学交叉而产生的一门新兴学科, 其目的是综合运用心理学与行为遗传学的研究方法与技术, 深入考察遗传与环境对人类心理与行为发展是否存在影响, 如何产生影响, 以及该影响及其作用机制是否随年龄增长而发展变化的问题。研究历史可追溯到20 世纪50、60 年代Jones 和Scarr 等人所开展的几项关于父母教养的双生子研究(Jones, 1955; Scarr, 1968)。20 世纪80 年代以来, 以Row 和Plomin 为代表的一些学者针对父母教养的遗传与环境基础开展了系统研究(Plomin & Bergeman, 1991; Plomin,Reiss, Hetherington & Howe, 1994; Row, 1981;Row, 1983), 这些工作为发展行为遗传学的形成奠定了重要基础。1983 年, Robert Plomin 在其为《Child Development》撰写的“发展行为遗传学”的专题序言中首次明确提出了“发展行为遗传学”的概念, 并就该学科出现的背景、原因以及该学科兴起对儿童发展研究与行为遗传学研究所产生的积极影响进行了详细的阐述, 标志着发展行为遗传学作为一门新兴学科诞生。
1 发展行为遗传学与行为遗传学的区别
行为遗传学研究对象既包括动物也包括人,其中动物模型(例如小白鼠、大鼠和猴子等)是其重要的研究方法。研究人群主要为病理人群, 例如精神分裂症、抑郁症、多动症等患者。发展行为遗传学主要研究普通人群, 目的在于揭示普通人群, 特别是儿童青少年心理与行为的遗传和环境基础。发展行为遗传学研究的问题多为发展心理学领域的研究内容, 如羞怯、攻击行为、亲社会行为、父母教养、亲子依恋等。正如Plomin 等所说的那样:“我们关注的是分子遗传学在正常心理发展变异, 而不是诸如精神分裂症和自闭症等严重精神问题中的潜在价值” (Plomin & Rutter,1998)。
发展行为遗传学与行为遗传学的另一主要区别是研究设计与研究内容不同。行为遗传学研究通常关注动物或人类个体的某种心理与行为特质是否具有遗传基础, 或者某一或某些遗传基因是否与动物或人类个体的某种心理与行为特质相关联。发展行为遗传学研究, 则通常采用遗传-环境设计, 不仅考察遗传的效应, 还进一步揭示了环境因素的影响及其对遗传效应的调节作用; 其特色研究内容是遗传效应的稳定性, 以及遗传与环境交互作用机制的动态性问题, 即遗传与环境的影响及其作用机制是否随个体年龄的增长而变化,以及如何随年龄的增长而变化的问题。简言之,行为遗传学研究是专注于遗传效应的、静态的研究, 发展行为遗传学研究则是旨在揭示遗传与环境的影响及其作用机制的系统的、动态的研究。
2 发展行为遗传学研究的必要性
遗传与环境作用问题一直是发展心理学研究的核心理论主题。绝大多数发展心理学教科书都会谈及遗传与环境在个体发展中的重要作用, 大多数心理学家也都认同个体的发展是遗传与环境共同作用(而且是相互作用)的结果的观点。尽管如此, 由于研究技术的限制, 发展心理学的研究实际上主要囿于环境因素的测量和考察, 对于具体的心理与行为现象, 究竟是哪些遗传因素起作用,它们又是如何与环境因素相互作用的问题研究差不多一直处于曲高和寡的状态, 难以深入揭示个体心理与行为差异产生的原因及其作用机制。众所周知, 父母教养(parenting)是发展心理学的一个经典研究领域, 也是影响个体发展的一个重要环境变量。以Baumrind 和Maccoby(Baumrind, 1966; 1967; Maccoby & Martin, 1983)等为代表的发展心理学家所开展的传统研究极大地丰富和深化了有关父母教养及其对个体发展影响的认识和理解。然而, 必须承认发展心理学对这一重要问题的研究存在方法上的不足, 即研究者通常将父母教养视为儿童发展的纯净家庭环境变量, 而后通过相关研究设计或者追踪研究设计考察父母教养方式或行为与儿童发展的具体测量指标(例如自尊、攻击行为、抑郁等)的关联, 进而推论出父母教养是儿童发展的重要影响因素的结论。这样的方法存在逻辑推理上的风险, 它往往夸大了父母教养对儿童发展的影响, 而忽略了儿童自身潜在遗传因素的可能效应。与之相对, 行为遗传学领域的研究虽然揭示了个体行为的遗传基础, 但很少考虑环境因素的效应, 也很少将社交退缩、亲社会行为、父母教养等发展心理学的经典研究内容作为表型(与基因型相对, 指可以直接观察到的个体行为特征)进行研究, 因而也无法深入探索个体心理和行为发展的遗传与环境作用机制。
发展行为遗传学研究则融合两个学科的优势,系统考察了遗传与环境在个体心理与行为发展中的作用, 深入剖析个体心理与行为差异的产生机制。20 世纪50 年代以来, 发展行为遗传学领域的研究表明, 不仅父母教养等家庭环境变量的发展具有遗传和环境基础, 个体的成长环境和经历也与其自身遗传特征密切相关(Plomin et al., 1991;Plomin et al., 1994; Row, 1981; Row, 1983)。该领域的研究还进一步澄清了父母的基因对不良教养行为的影响是否混淆了不良教养行为与儿童攻击之间的因果关系、儿童的遗传基因是否唤起了父母的不良教养行为并进而混淆了父母不良教养行为与儿童攻击之间的因果关系、在儿童与父母的遗传效应得到控制以后, 父母的不良教养行为对儿童的攻击是否还具有因果效应等问题(Plomin& Davis, 2009)。新近利用分子遗传学技术开展的研究则进一步揭示出个体基因多态性与环境因素对父母教养的发展具有交互作用(Bakermans-Kranenburg & van IJzendoorn, 2008)。
综上所述, 发展行为遗传学领域的研究有助于弥补发展心理学和行为遗传学领域研究的不足,深化现有关于个体心理与行为发展的认识和理解, 有助于构建更为科学、更具解释力的关于个体发展的理论模型。国外在该领域已经有了一定的研究积累, 而我国的相关研究极为匮乏, 因此在我国启动和开展发展行为遗传学的研究工作十分必要。
3 研究方法
发展行为遗传学的研究需要综合运用心理测量法与行为遗传学的研究方法。鉴于发展心理学研究者对心理测量法一般比较熟悉, 以及篇幅的限制, 本文重点对行为遗传学的研究方法进行述评。概而言之, 行为遗传学研究方法包括定量遗传学(quantitative genetics)和分子遗传学(moleculargenetics)两种研究方法。
3.1 定量遗传学研究
定量遗传学是行为遗传学早期和传统的研究模式, 主要是通过双生子和收养研究来寻找遗传和环境影响人类心理与行为的证据。遗传力是表示遗传因素“是否”和“多大程度”影响心理与行为的经典指标, 其含义是在某一群体中, 个体的表型差异可以归因于遗传差异的比率。最初, 定量遗传学将个体表型的差异分解为遗传影响和环境影响两部分, 随着研究的深入, 研究者逐渐发现过去对环境的认识过于笼统, 同一个家庭并不等于相同的家庭环境, 环境不是在“一个家庭”的基础上, 而是在“一个个个体”的基础上起作用的。以此为依据, Plomin 提出了两个新的概念:共享环境和非共享环境。受其影响, 20 世纪90 年代以来的研究一般将个体心理与行为的差异源分解为三个部分:遗传(gene)、共享环境(shared environment)和非共享环境(non-shared environment)。遗传指个体的心理与行为源于基因控制的部分; 共享环境指生活在同一家庭中的兄弟姐妹所分享的使他们在心理与行为上具有相似性的环境, 如家庭的社会经济地位、父母职业、受教育水平、邻里等; 非共享环境是指使同一家庭环境中长大的兄弟姐妹在心理与行为上产生差异的环境, 如不同的出生顺序、父母的不同教养态度、所处的同伴团体等。双生子研究在估计遗传、共享环境与非共享环境的效应时, 主要是将同卵双生子(monozygotictwin, 简称MZT, 基因完全相同)与异卵双生子(dizygotic twin, 简称DZT, 与普通兄弟姐妹一样,享有50%的相同基因)在某种或某些心理与行为特性上的相似性进行比较。其假设和逻辑基础是,如果MZT 的相似性高于DZT, 则说明遗传因素起作用; 如果MZT 的相似性不高于DZT, 则说明共享环境的效应更大; 如果MZT 的相似性较低, 则说明存在非共享环境的效应。收养研究的主要分析方法是计算并比较收养儿童与其亲生父母和养父母在某种心理与行为特性上的相关性, 如果收养儿童与亲生父母的相关性较高, 则说明遗传效应较大, 如果收养儿童与养父母的相关性较高,则说明共享环境的效应较大。
迄今, 定量行为遗传学的研究获得了不少有意义的发现(Plomin et al., 1991; Plomin et al., 1994;Row, 1981; Row, 1983), 极大地更新和深化了既有关于儿童青少年心理与行为发展的认识。尽管如此, 以Plomin 为代表的定量行为遗传学的研究范式还是受到了一些学者的强烈抨击(Lerner,2002; 2011)。这些批评主要围绕“遗传力”的概念而展开:(1)遗传力的概念存在误用, 因为它反映的是行为变异中有多少变异与基因变异有关, 而不是有多少可以归因于基因变异, 它混淆了描述与解释的关系; (2)遗传力的估计存在统计学问题,因为遗传与环境存在交互作用或者相关。对此我们认为:首先, 定量行为遗传学研究采用的双生子研究和收养研究是一种天然的实验研究范式,相当于对遗传与环境变量进行了一定的控制, 因而可以做出因果关系的推论。另外, 从统计学角度而言, 两个变量之间的相关关系有可能是由以下三种原因导致的:①变量X 引起了Y 的变化;②变量Y 引起了X 的变化; ③变量X 与Y 的相关是由第三个变量Z 引起的, 即变量Z 同时引起了变量X 与Y 的变化。假定变量X 是遗传因素, 变量Y 是行为特征, 显然针对特定时空的个体来说,只有第一种情况是可能的, 所以遗传力的概念没有混淆描述与解释的关系。其次, 随着统计分析技术的发展, 目前定量行为遗传学研究不仅能分离出不同的变异源, 而且能够较深入地分析遗传与环境的交互作用(侯金芹, 李新影, 杨小冬, 陈祉妍, 2010), 所以遗传力的估计在一定程度上已克服了潜藏环境影响的问题。所以, 尽管定量遗传学研究尚有待完善, 但上述抨击是过于极端、有失公正的。
3.2 分子遗传学研究
分子遗传学是行为遗传学研究的新兴途径,它是分子生物学技术与行为遗传学的结合, 其主要目的是从分子水平上测定与心理和行为特征相联系的基因, 进而揭示基因作用于心理和行为特征的机制。识别与特定心理和行为相关联的易感基因的研究策略包括连锁研究(linkage study)、候选基因关联研究(candidate gene association study )和全基因组关联研究(genome-wide associationstudy, GWAS)。连锁研究主要用于早期的遗传流行病学研究, 目前在发展行为遗传学研究中已较少使用, 故本文主要介绍后两种研究策略。此外,随着分子遗传学研究的进展, 遗传学标记与DNA采集方法也不断更新, 本文亦将对这两个问题作简要介绍。
3.2.1 研究的基本策略
候选基因关联研究是根据既有遗传相关信息(基因位置)、生物相关信息(SNP 功能类和通路信息)或者实证研究结果来直接选定可能与个体心理或行为表型变异有关的基因, 并通过病例对照设计(case-control study)或基于随机人群的关联分析(population-based association analysis)来确定候选基因与该表型是否存在关联的一种研究策略, 也是目前发展行为遗传学研究中最常用的研究策略。
GWAS 是近几年新兴的一种研究策略。简言之, 这种范式就是从人类全基因组范围内的序列变异( 单核苷酸多态性, single nucleotidepolymorphism, SNP)中, 筛选出那些与个体心理或行为表型相关联的SNPs。目前GWAS 通常采用两个阶段的设计:(1)采用覆盖整个基因组的高通量SNPs 分型芯片(通常能同时对每一个体的数十万到一百万个SNP 进行检测)对较少样本进行扫描, 并筛选出最显著的SNPs, (2)扩大样本对筛选出的SNPs 进行验证(韩建文, 张学军, 2011)。上述两种策略的根本目的是一致的, 都是寻找出与个体心理或行为表型相关联的基因, 但二者选择的途径不同。GWAS 类似于歌手大奖赛中的“海选”, 从成千上万人中筛选出选手参赛, 候选基因关联研究则类似于由各机关、企事业单位直接“推荐”选手参赛。GWAS 的优点是搜索范围广, 有可能发现更多的相关基因, 然而代价是耗资巨大。与之相比, 候选基因研究策略更为经济和快捷。而且, GWAS 自身也存在一些问题, 譬如由于多重比较而带来的I 类错误扩大和假阳性关联等(严卫丽, 2008)。所以, 目前对绝大多数研究者而言, 候选基因关联研究仍然是更佳的选择,其前提保障是候选基因筛选的原则是科学的。