Тема 2 Социальные культурные и физиологические основы индивидуальности

Тема 2. Социальные, культурные и физиологические основы индивидуальности

Основные факторы происхождения индивидуальных различий наследственность и среда, врожденное и приобретенное.

1. Индивидуальные различия у животных и человека как предмет дифференциальной психологии и психофизиологии

Преимущества проведения генетических исследований на животных • • Можно применять методы селекции; Получать инбредные линии; Вызывать мутации; Применять современные методы генной инженерии; • Избирательно выключать определенные гены.

Сходство геномов человека и животных • Сходство генома человека и мыши – 99% гомологичных генов; • В ходе эволюции расхождение линий человека и грызунов произошло около 75 млн. лет назад; • Основные различия между человеком и мышью обусловлены тем, как регулируются и взаимодействуют их гены.

Сходство поведения человека и животных • Сходство на уровне мотивационных процессов (голод, жажда, страх, агрессия, половое поведение); • Общие механизмы ряда форм обучения (привыкания, условно-рефлекторного обучения); • Сходные реакции на воздействие психофармакологических веществ (транквилизаторы, седативные вещества, психостимуляторы и др. )

Генетика поведения животных

Насекомые • Генетический анализ поведения у пчел при заболевании «личиночная гниль» .

Насекомые • Существует линия пчел, устойчивых к данному заболеванию, т. к. в случае поражения заболеванием пчелы немедленно распечатывают ячейку и удаляют из нее личинку.

Насекомые • При скрещивании устойчивых к заболеванию пчел с неустойчивыми получают гибриды 1 поколения F 1, которые не чистят ульи. Следовательно, аллель, обусловливающий чистку ульев, рецессивный.

Насекомые • Существует 2 гена (каждый в 2 -х аллелях), контролирующих это поведение: а – пчела открывает пораженные ячейки (А- не открывает); в- пчела удаляет пораженные личинки (В- не удаляет). • Гибриды 1 поколения снова скрещивают с устойчивыми пчелами (рецессивными гомозиготами), производится анализирующее скрещивание: Аа. Вв х аавв

Результаты анализирующего скрещивания АВ ав Аа. Вв (не открывают ячейки, не удаляют пораженные личинки) ав Ав а. В аавв Аавв аа. Вв (открывают ячейки, удаляют пораженные личинки) (не открывают ячейки, но удаляют пораженные личинки, если ячейку откроет экспериментатор) (открывают ячейки, не удаляют пораженные личинки)

Мутации у дрозофил, связанные с поведением • Нарушение способности к выработке условных рефлексов; • Высокая или низкая половая активность; • Избегание определенных запахов; • Мутации, меняющие двигательную активность (например, как дрозофила складывает крылья – правое сверху или левое); • Гомосексуальное поведение у самцов.

Млекопитающие • При формировании фенотипа могут наблюдаться очень сложные взаимодействия генотипа и внешней среды.

Млекопитающие • Для поведения млекопитающих наряду с наличием безусловно-рефлекторного и инстинктивного поведения, опирающегося на врожденные механизмы, характерна большая роль врожденного индивидуального опыта (существенная роль средовых влияний).

Мутации у мышей. Развитие соматосенсорной коры • У обычных мышей в соматосенсорной коре существуют скопления нервных клеток, получившие название «бочонки» (barrels). Каждый бочонок является проекционной зоной отдельной вибриссы. • При мутации brl (безбоченочные) нарушается формирование соматосенсорной коры и бочонки отсутствуют (соответствующий ген расположен на 11 хромосоме, он кодирует структуру фермента аденилилциклазы, который играет большую роль в процессах памяти).

Мутации у мышей. Развитие соматосенсорной коры • При развитии соматосенсорной коры и образовании в ней структур типа бочонков происходит процесс, который можно назвать сенсорным импритингом. • Сенсорный опыт, получаемый при стимуляции вибрисс, необходим для развития нормальной структур коры и образования бочонков. • Если этого опыта нет или нарушен механизм его запоминания ( «импритингование» ), как в случае мутации brl, то наблюдаются существенные отклонения от нормальной морфологической структур коры.

Мутации у мышей. Развитие соматосенсорной коры • Данные сенсорные воздействия играют решающую роль только в критический период развития, очень ограниченный во времени, а последствия этих воздействий сохраняются на всю жизнь. • Т. о. , генетическая программа, которая отвечает за развитие соматической сенсорной системы, обязательно учитывает при формировании ее механизмов сенсорные воздействия, которые поступают из окружающей среды.

Развитие зрительной сенсорной системы у кошек (Хьюбел, Визел) • После открывания глаз у котят в течение очень короткого времени (от нескольких часов до нескольких суток) можно оказать серьезное влияние на нейрональные механизмы зрения путем простого подбора сенсорных стимулов.

Развитие зрительной сенсорной системы у кошек (Хьюбел, Визел) • Характер сенсорной стимуляции в этот период может определять формирование нормального или патологического бинокулярного зрения, а также детекторные свойства нейронов зрительной коры, участвующих в распознавании форм объектов.

Инстинкт гнездостроения у крыс • Инстинкт гнездостроения – типично инстинктивное поведение, которое наблюдается в отсутствие всякого обучения.

Инстинкт гнездостроения у крыс • Если крысе перед рождением детенышей предоставить соответствующий материал для строения гнезда – она его построит, если нет, то данное поведение не будет потом реализовано.

Исследования способности к обучению • Селекция крыс по способности к обучению ориентации в лабиринте (Трайон): получены «умные» и «глупые» крысы.

Исследования способности к обучению • Позже были получены линии крыс, различавшихся по другим видам обучения, а также плаванию. • Было установлено, что различия в обучаемости наследуются полигенно (о чем свидетельствует высокий разброс исходных значений признака и постепенное развитие селекционного ответа).

Факторы, влияющие на успешность обучения • Позже оказалось, что «умные» крысы быстрее обучаются пищедобывательному поведению, а «глупые» -оборонительному. • Т. о. , «умные» крысы сильнее мотивируются голодом, а «глупые» - страхом в угрожающих ситуациях. • Помимо мотивации, на успешность обучения влияют сенсорные способности, уровень двигательной активности и эмоциональность.

Влияние условий обучения на его эффективность • У «умных» крыс быстрее происходит консолидация – упрочение следов памяти, перевод их в устойчивую форму. • Если на обучение в лабиринте давали длительное время, то не было разницы между «умными» и «глупыми» крысами. • Подбор условий обучения может уменьшить или даже свести на нет разницу в генетически обусловленных способностях.

Влияние условий окружающей среды на формирование свойств поведения

Изучение влияния мутаций генов на нарушения когнитивной функции (А. С. Базаян, Институт ВНД, 2007) • На крысах были получены данные о том, что мутации генов вызывают нарушения когнитивной функции: обучения, памяти и подкрепления.

Нейрогенетические особенности формирования индивидуального опыта ( О. Е. Сварник, К. В. Анохин, Ю. И. Александров, 2007) • Формирование нового опыта (научение) проявляется в процессах разных уровней: нейрональном; поведенческом; молекулярном. • На нейрональном уровне научение выражается в модификации импульсной активности нейронов. • В разнообразных моделях научения, у животных разных видов были обнаружены нейроны, импульсная активность которых специфически связана с осуществлением конкретного поведения.

• Поведенческая специализация нейронов формируется относительно функциональных систем – элементов индивидуального опыта, возникающих при научении. • Известно, что формирование долговременной памяти требует экспрессии гена с-fos в нейронах (Анохин, 1997). • Формирование поведенческой специализации нейронов относительно элементов индивидуального опыта осуществляется посредством изменения генетической экспрессии в нейронах (Александров, 2004).

• Крысы были обучены пищедобывательному навыку, иммуногистологически было установлено количество fos-положительных нейронов в ретросплениальной коре после научения, в результате оказалось, что оно положительно коррелирует с числом пробных поведенческих актов при научении;

Селекционная теория научения • Активация одних генов и подавление экспрессии других после научения в большом количестве нейронов позволяет подобрать оптимально согласованные по своей активности нейроны с соответствующими другу метаболическими «потребностями» , в системы для обеспечения нового поведения.

Результаты • «Умные» крысы совершают намного меньше ошибок, чем «глупые» ; • Но в условиях обогащенной среды эта разница почти сходит на нет, причем за счет резкого уменьшения количества ошибок у «глупой» линии крыс; • В условиях обедненной среды разница между двумя линиями крыс также исчезает за счет резкого увеличения количества ошибок у «умной» линии крыс.

Social facilitation • Social facilitation –социальное облегчение – высвобождение тех поведенческих особенностей, которые уже имелись в поведенческом репертуаре животного, но в присутствии сородичей они легче проявляются. • Гипотеза Ж. И. Резниковой (Новосибирский государственный университет): существует врожденная предрасположенность к усвоению традиций в поведении у животных.

Исследование охотничьего поведения у муравьев (Ж. И. Резникова, 2007) • Целостное охотничье поведение у муравьев похоже на поведение лисицы и включает выслеживание активно двигающейся добычи, прыжок на добычу и т. д.

Исследование охотничьего поведения у муравьев (Ж. И. Резникова, 2007) • Среди молодых особей муравьев, выращенных в условиях лаборатории, только у очень небольшого количества прослеживалось комплексное охотничье поведение (менее 10%), были также особи с отдельными элементами охотничьего поведения. В лабораторных условиях охотничье поведение не развивалось у всех особей, т. к. не было востребовано.

• При помещении муравьев в условия, где необходимо было самостоятельно ловить добычу, большинство из них оказались к данному поведению не способны (даже те, у которых были врожденные элементы охотничьего поведения). • Помещение в общую массу таких муравьев одного с целостным охотничьим поведением, способствовало катализации данного поведения у других особей, на основе активации «спящих» фрагментов генетической программы.

Исследования певческого поведения у птиц, подтверждающие теорию о «генах культуры» (Fehér Olga, Haibin Wang, Sigal Saar, Partha P. , 2009) • Получены доказательства теории о том, что культурные феномены имеют генетическую природу. Птицы (зебровые амадины Taeniopygia guttata), изолированные от своих сородичей, через несколько поколений вырабатывали "правильный" рисунок пения.

Исследования певческого поведения у птиц • Известно, что самцы птиц обучаются пению от своих старших родственников - отцов или дядей. Самцы, выросшие в изоляции, развивают иную мелодию. Самки часто не реагируют на такое "неправильное" пение. • Ученые решили проверить, какой рисунок пения выработается у нескольких поколений птиц, живущих отдельной колонией. Мелодии первого поколения амадин заметно отличались друг от друга и от песен птиц, живущих в дикой природе. Потомство немного модифицировало родительскую мелодию, и через три-четыре поколения песни амадин, выросших в лаборатории, на слух почти не отличались от песен диких сородичей.

Исследования певческого поведения у птиц • По мнению авторов исследования, эволюция птичьего пения напоминает эволюцию языков. Другие культурные феномены, например, музыка, танцы или ритуалы также могут развиваться сходным образом. Исследователи отмечают, что эксперимент, позволяющий проследить эволюцию культуры у людей "с нуля", вряд ли будет когда-либо поставлен. Но опыты на животных, таких как амадины, позволяют узнать много полезной информации об этом процессе.

Влияние обогащенной среды на морфологию мозга • Существенные морфологические отличия на уровне коры БП возникают в течение 25 -30 дней (более толстая кора, большие размеры нейронов, на 10 -20% увеличивается количество дендритных отростков, приходящихся на 1 нейрон); • У взрослых животных результаты аналогичны.

Влияние обогащенной и обедненной среды на развитие ребенка • Синдром детского «госпитализма» (Спитц)

Хэндлинг

Хэндлинг • Хэндлинг – экспериментатор регулярно берет животное на руки на очень короткое время. • В результате хэндлинга, осуществляемого в первую неделю онтогенеза, у животных: - повышается стрессоустойчивость; - снижается эмоциональная реактивность; - наблюдается ускорение полового созревания; - все эти изменения сохраняются на всю жизнь и замедляют старение.

Хэндлинг • После хэндлинга наблюдается нормализация агрессивного поведения; • У линий мышей с исходно высоким уровнем агрессивности после хэндлинга агрессивность снижается, а у мышей со сниженной агрессивностью она, наоборот, повышается. • Хэндлинг изменяет реакцию на стресс в адренокортикальной системе, повышает чувствительность к определенным гормонам.

Выводы: • Проявления мотивации и познавательных процессов у человека и животных имеют много общего. • Поведенческие паттерны животных определяются с одной стороны, влиянием определенных генов, с другой стороны, средовыми факторами.

Литература: • Александров А. А. Психогенетика. Питер. 2004. С. 53 -68. • Сварник О. Е. , Фадеева Т. А. , Анохин К. В. , Александров Ю. И. Этапы формирования индивидуального опыта: поведенческие и нейрогенетические особенности // Тенденции развития современной психологической науки. Тезисы юбилейной научной конференции. М. : ИП РАН, 2007. С. 340 -342. • Reznikova Zh. I. COGNITIVE AND NON-COGNITIVE ASPECTS OF SOCIAL LEARNING // Третья международная конференция по когнитивной науке: Тезисы докладов: В 2 т. Москва, 20– 25 июня 2008 г. – М. : Художественно-издательский центр, 2008. Т. 1. C. 136 -137. • Fehér Olga, Haibin Wang, Sigal Saar, Partha P. Mitra & Ofer Tchernichovski. “De novo establishment of wild-type song culture in the zebra finch. ” Nature, published online ahead of print May 3, 2009 (http: //www. wired. com/wiredscience/2009/05/songbirdcultur e/#more-4418).

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите возможности и преимущества проведения исследований генетических основ поведения на животных. 2. Приведите пример «встраивания» в действие генетической программы внешних сенсорных воздействий у млекопитающих. Перечислите факторы, влияющие на успешность обучения у крыс. 3. Охарактеризуйте понятие «социальная фасилитация» . Как осуществляется генетический контроль формирования «традиций» и «культуры» в поведении животных? Что такое «хэндлинг» , как хэндлинг влияет на развитие поведения животных? 4. Какие изменения в поведении дрозофил, контролируемые мутациями генов, Вы можете назвать?

2. Взаимодействие нервной и эндокринной систем в регуляции генетических процессов

Пути нейроэндокринной регуляции взаимосвязи генетических процессов на уровне целостного организма В 50 -60 г. г. в исследованиях М. Е. Лобашева и его последователей В. В. Пономаренко и Н. Г. Лопатиной сложились первые представления о взаимодействии нервной и эндокринной систем в регуляции генетических процессов. Был сделан вывод о том, что каждый генетический процесс протекает в организме не изолированно, а в тесной зависимости с другими, сопряженными с ним процессами. Было показано, что нейроэндокринной регуляции принадлежит ведущая роль в установлении взаимосвязи генетических процессов на уровне целостного организма.

Процесс нейроэндокринной регуляции ГИПОТАЛАМУС НЕЙРОГОРМОНЫ (РИЛИЗИНГ-ФАКТОРЫ) ЛИБЕРИНЫ (УСИЛИВАЮТ РАБОТУ ГИПОФИЗА) И СТАТИНЫ (ТОРМОЗЯТ) ГИПОФИЗ ТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ ГИПОФИЗА Деятельность желез внутренней секреции ИЗМЕНЕНИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ

• Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации генетической информации предполагает существование на молекулярном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию активности нервной системы, так и регуляторные воздействия на хромосомный аппарат. • Одна из существенных функций нервной системы – регулирование активности генетического аппарата по принципу обратной связи в соответствии с текущими нуждами организма, влиянием среды и индивидуальным опытом.

Исследования В. В. Пономаренко и Н. Г. Лопатиной в опытах на мышах • Было показано, что изменение генной активности (частоты митозов и хромосомных аберраций) в клетках роговицы глаза может возникать по условно-рефлекторному принципу, т. е. в ответ на сенсорный стимул (свет), ранее связанный с болевым раздражителем (электрическим током).

Исследования, выполненные Л. В. Крушинским и соавторами • В 60 г. г. 20 века было установлено, что появление ряда генетически детерминированных поведенческих актов зависит от уровня возбуждения ЦНС. Показана отчетливая положительная связь между общей возбудимостью животного, а также проявлением и степенью выраженности генетически обусловленных оборонительных рефлексов у собак. • Также были обнаружены прямые корреляции между уровнем РНК в нейронах и уровнем возбуждения ЦНС, т. е. сенсорная стимуляция, обучение и другие воздействия, повышающие возбудимость нервной системы, сопровождаются увеличением содержания РНК в нервной ткани.

Исследования Л. В. Витвицкой, 1991 г. • Было показано, что экспрессия генов у животных может изменяться в зависимости от степени информационного разнообразия окружающей среды: чем более обогащена среда, тем выше экспрессия генов.

Исследования Л. В. Витвицкой, 1991 г. • Связующим звеном между ЦНС и генной системой являются гормоны. Роль гормонов в регуляции генной активности выступает в исследованиях влияния эмоционального стресса на генетические процессы. Стресс – неспецифическая системная реакция, обусловливающая привлечение энергетических ресурсов для адаптации организма к новым условиям.

Что характеризует стресс: • Стресс возникает в ответ на угрозу целостности организма, в том числе и нематериализовавшуюся. • Стресс является защитноадаптационной реакцией.

Что характеризует стресс: • Стресс характеризуется стадийностью: - начало стресса – фаза тревоги. Энергозатратная фаза, характеризуется напряжением всех функций, в том числе и психических. - вторая фаза – резистентность. Происходит мобилизация оставшихся энергетических ресурсов, усиление всех процессов, при этом сохраняется относительно высокий функциональный уровень. - третья фаза стресса – истощение. Подавление психических и висцеральных функций.

Природа стресса В основе стресса лежит принцип редукции физиологических и нейрохимических механизмов. При стрессе наблюдается значительное снижение сенсорных порогов (в том числе и болевых) и минимизации дисперсии вегетативных параметров.

Три базовые системы защиты при стрессе: • стресс-реализующая (САС – симпатоадреналовая система)- выходит на пик активности непосредственно вслед за стресссигналом, обеспечивая реализацию первой фазы стресса. Продолжительность ее невелика (минуты, часы), после чего наблюдается истощение нейрохимических механизмов САС. Этот нейроэндокринный комплекс обеспечивает активацию висцеральных систем.

Три базовые системы защиты при стрессе: • Норадреналин и адреналин (гормоны мозгового вещества надпочечников) обспечивают комплект реакций гиперэргического типа – увеличение катаболизма в тканях, усиление вентиляции легких, активизацию сердечной деятельности, перераспределение кровотёока в пользу скелетной мускулатуры, сердца и мозга. Задача – обеспечить борьбу или бегство.

Три базовые системы защиты при стрессе: • стресс-потенцирующая (ГГАС – гипоталамогипофизарно-адреналовая система)- нейроэндокринная ось, которая запускается адренергическим сигналом и обеспечивает устойчивость 2 фазы стресса, поддерживая сравнительно высокий уровень энергетики и работоспособность организма. Большинство компонентов этой системы –пептиды, обладающие медиаторной и гормональной активностью. Так, кортиколиберин активирует двигательную и поисковую активность, АКТГ (адренокортикотропный гормон) стимулирует кору надпочечников и стимулирует запоминание. Кортикостероиды ( в данной оси ) стимулируют катаболизм.

Три базовые системы защиты при стрессе: • стресс-лимитирующая (ЭОС – эндогенная опиоидная система и система ГАМК) проявляет свою активность с первых минут защитной реакции, ограничивая избыточные эффекты двух первых систем. После того, как они исчерпают свои возможности, ЭОС начинает доминировать, предопределяя течение завершающей стадии стресса. При этом наступает гипобиотическое состояние, которое позволяет экономить энергетические ресурсы. Комплект морфиноподобных пептидов (эндорфины, энкефалины, динорфины и др. ) с выраженным тормозным действием на большинство систем организма, реализующимся через опиатные рецепторы (в основном, пресинаптическое торможение)

Синдром Марфана • Избыток адреналина в организме у человека может привести к редкому заболеванию – синдрому Марфана. Данный синдром, помимо необычного внешнего вида (очень длинные и тонкие конечности, короткое тело при высоком росте) может обусловливать и высокий уровень развития умственной одаренности. Например, Авраам Линкольн, Г. Х. Андерсен. , К. И. Чуковский.

Исследования Д. К. Беляева • Д. К. Беляев показал, что у мыши под влиянием эмоционального иммобилизационного стресса существенно изменяется способность к воспроизведению потомства.

Исследования Д. К. Беляева • Мыши разных генетических линий по-разному реагировали на стресс: при сравнении показателей воспроизводства в обычных условиях и при стрессе изменялись ранги животных с разными генотипами в отношении функции воспроизводства, т. е. стресс изменяет внутрипопуляционную генетическую изменчивость и селективная ценность животных разных генотипов в нормальных условиях и при стрессе оказывается неодинаковой.

Исследования Д. К. Беляева • Эмоциональный стресс влияет на частоту рекомбинационного процесса, а также на индукцию доминантных аллелей. Показано влияние гормонов коры надпочечников (кортикостероидного комплекса) на экспрессивность и проявляемость (пенетрантность) некоторых конкретных генов у мышей. Имеются данные о влиянии гормонов (стероидов) на проявления генома в головном мозге.

Исследования Д. К. Беляева • По-мнению Д. К. Беляева эти данные свидетельствуют о наличии прямой и обратной связи между мозгом и генами. Ключевая роль в этом процессе принадлежит стрессу, играющему роль внутреннего механизма регуляции наследственной изменчивости и эволюционного процесса. Стресс изменяет активность генома.

• В генетических исследованиях используются эксперименты с очень удобным объектом – инфузориейтуфелькой. Используются вещества, которые включают и выключают гены, контролирующие натриевый и кальциевый обмен. Чтобы был пейсмекер, необходим кальций (в мембране должна работать кальциевая проводимость).

• При воздействии ацетилхолина включается пейсмекер, который работает 1 час (это означает, что нейрон «задумался» ). Подобные исследования напоминают охоту – исследователь ожидает, пока инфузория наестся и ляжет отдыхать, в этот момент он подкрадывается к отдыхающему животному с микроэлектродом и … дальше можно использовать биологически активные вещества в сверхмалых дозах, которые и контролируют кальциевую проводимость.

Выводы: 1. Стресс модифицирует и интегрирует деятельность четырех уровней: - генного; - эндокринного; - нервного; - психического. 2. Эмоциональный стресс, т. о. , является регулятором активности генов в индивидуальном развитии и в эволюции.

Литература: 1. Александров А. А. Психогенетика. С. -Пб. : Питер, 2004. 192 с. 2. Атраментова Л. А. , Филипцова О. В. Введение в психогенетику. М. : Флинта, 2004. 472 с. 3. Беляев Д. К. , Бородин П. М. Влияние стресса на наследственнность и изменчивость и его роль в эволюции // Эволюционная генетика. - Л. , 1982. - С. 3559. 4. Беляев Д. К. Генетика, общество, личность// Фролов И. Т. (отв. ред. ) Человек в системе наук. - М. , 1989. - С. 155 -164. 5. Витвицкая Л. В. Сравнительный анализ функций генома в клетках мозга при формировании адаптивного поведения у животных разного уровня онто- и филогенеза. - Автореф. дисс. докт. биол. Н. , 1991. 6. Крушинский Л. В. Формирование поведения животных в норме и патологии. - М. , 1960.

Литература: 7. Лопатина Н. Г. , Пономаренко В. В. Исследование генетических основ высшей нервной деятельности // Физиология поведения. Нейробиологические закономерности. Руководство по физиологии / Под ред. А. С. Батуева, -Л. , 1987. - С. 9 -59. 8. Малых С. Б. , Егорова М. С. , Мешкова Т. А. Основы психогенетики. - уч. пособие. - М. : «Епидавр» , 1998, 742 с. 9. Мертвецов Н. П. Гормональная регуляция экспрессии генов. М. , 1986. 207 с. 10. Парин С. Б. , Полевая С. А. Особенности преобразования информации при стрессе и шоке // Нейроинформатика 2006. Восьмая всероссийская научно-техническая конференция. Сборник научных трудов. М. , 2006 С. 165 -171. 11. Эфроимсон В. П. Генетика гениальности. М. : Тайдекс Ко, 2004. 376 с.