หากคำพูดเป็นการได้มาซึ่งวิวัฒนาการของมนุษย์ คำพูดนั้นจะต้องมีพื้นฐานทางพันธุกรรมด้วย เป็นข้อเท็จจริงทั่วไปที่สารพันธุกรรมของเราเพียง 1% เท่านั้นที่ทำให้เราแตกต่างจากญาติสนิทที่สุดในบรรดาลิง ดูเหมือนจะค่อนข้างน้อย แต่ก็ไม่ง่ายนักที่จะจัดเรียงจีโนมทั้งหมดเพื่อค้นหาความแตกต่างที่น่าสนใจ วิธีการนี้ยังไม่ได้นำมาซึ่งการค้นพบที่น่าทึ่งใดๆ ความแตกต่างส่วนใหญ่ที่ค้นพบกลับกลายเป็นว่าเป็นกลางในการใช้งาน ดังนั้นลักษณะทางพันธุกรรมของ "มนุษย์ส่วนใหญ่" ซึ่งรวมถึงคำพูดจึงยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด อย่างไรก็ตาม เรามีแนวทางอื่นให้เลือก: การกำหนดพื้นฐานทางพันธุกรรมของพยาธิวิทยาในผู้ป่วยที่มีการละเมิดหน้าที่ที่เราสนใจ ทุกสิ่งที่รู้ในปัจจุบันเกี่ยวกับพันธุศาสตร์ของคำพูดถูกเปิดเผยในลักษณะนี้

ครอบครัวเคอี

ในปี 1990 นักวิทยาศาสตร์ได้รับความสนใจจากครอบครัวชาวอังกฤษครอบครัวหนึ่งซึ่งในวรรณคดีเรียกว่า KE ในครอบครัวนี้ ความผิดปกติในการพูดค่อนข้างรุนแรงเกิดขึ้นในสามชั่วอายุคน และได้รับการถ่ายทอดมาว่าเป็นลักษณะเด่นของออโตโซม การค้นพบนี้ทำให้เกิดความปั่นป่วนครั้งใหญ่ โดยนักวิทยาศาสตร์บางคนรีบสรุปว่าเราใกล้จะค้นพบ "ยีนคำพูด" หรือแม้แต่ "ยีนไวยากรณ์" แล้ว นานก่อนที่ชีววิทยาจะยืนยันหรือหักล้างสิ่งนี้ โนม ชอมสกี ยืนยันว่ามีอุปกรณ์การเรียนรู้ภาษาโดยธรรมชาติบางประเภท ซึ่ง "ปรับแต่ง" ให้เข้ากับไวยากรณ์สากลอยู่แล้ว "รู้" ล่วงหน้าในหลักการทั่วไปของภาษา และเพียงรอภาษาศาสตร์ที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น . สิ่งแวดล้อม แต่ถ้ากลไกนี้มีมาแต่กำเนิด มันก็จะมีพื้นฐานทางพันธุกรรม และทุกสายตาของผู้ที่หวังจะพบเหตุผลเหล่านี้ก็หันไปหาตระกูล KE

ขั้นแรกให้ทำการตรวจทางประสาทวิทยา ปรากฎว่าสมาชิกในครอบครัวทุกคน รวมถึงผู้ที่ไม่มีปัญหาด้านการพูด มีไอคิวต่ำกว่าค่าเฉลี่ย นั่นคือประการแรก ความผิดปกติของคำพูดที่อธิบายไว้ไม่ได้เฉพาะเจาะจงทั้งหมด และอาการบางอย่างอาจเกิดจากภาวะปัญญาอ่อน ประการที่สอง การทดสอบคำพูดพิเศษไม่ได้ยืนยันสมมติฐานที่ว่าความสามารถในการใช้กฎไวยากรณ์ได้รับผลกระทบ แต่ผู้ป่วยมีปัญหาในการประสานการเคลื่อนไหวและการควบคุมกล้ามเนื้อบริเวณช่องปาก ในกรณีนี้ความผิดปกติมีลักษณะของ apraxia นั่นคือการละเมิดการพัฒนาโปรแกรมมอเตอร์ แต่โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับคำพูด ตั้งแต่นั้นมาก็ถูกเรียกตามนั้น: apraxia ในวัยเด็กของการพูด แต่เป็นที่น่าสนใจที่ข้อบกพร่องไม่เพียงพบในคำพูดด้วยวาจาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคำพูดที่เป็นลายลักษณ์อักษรและยังเกี่ยวข้องกับการรับรู้คำพูดด้วย (เป็นที่ทราบกันดีว่าการอ้างอิงถึงโปรแกรมการเคลื่อนไหวภายในของเราเองนั้นจำเป็นสำหรับการรับรู้คำพูดของคนอื่น) การศึกษาการถ่ายภาพระบบประสาทแสดงให้เห็นว่ามีการหยุดชะงักในการพัฒนาสมองซึ่งส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดของโครงสร้างบางอย่างที่บันทึกทางสัณฐานวิทยา รวมถึงนิวเคลียสใต้คอร์ติคัลและซีรีเบลลัม

อย่างไรก็ตาม ความเชื่อมโยงกับฟังก์ชันคำพูดนั้นชัดเจน และนี่คือ "เบาะแสทางพันธุกรรม" เดียวที่อยู่ในมือของนักวิทยาศาสตร์ ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1990 การค้นหาโครงสร้างทางพันธุกรรมเริ่มขึ้นที่จะทำให้เกิดความผิดปกติในการพูดในตระกูล KE ประการแรก พวกเขาค้นพบว่าโครโมโซม 7 มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน จากนั้นจึงเป็นส่วนเฉพาะที่คาดว่ายีนจะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่น มันถูกตั้งชื่อว่า SPCH1 และในที่สุด เมื่อใช้ข้อมูลจากกรณีทางคลินิกอื่น ยีนดังกล่าวก็ถูกค้นพบ - FOXP2

FOXP2 ในวิวัฒนาการ

ผลิตภัณฑ์ FOXP2 เป็นปัจจัยการถอดรหัส กล่าวคือ ควบคุมการแสดงออกของยีนอื่นๆ มันจับโดยตรงกับบริเวณของ DNA ที่มียีนเหล่านี้ ซึ่งส่งผลต่อความเป็นไปได้ของการถอดความ ลักษณะพิเศษของโปรตีนนี้คือแม่ลายเชิงโครงสร้าง ซึ่งเป็นโดเมนรูปส้อม (forkhead-box หรือเรียกสั้น ๆ ว่าโดเมน FOX) ซึ่งจับกับ DNA

ดูเหมือนว่ายีนจะเกี่ยวข้องกับการทำงานที่สำคัญมากกว่าคำพูด สิ่งนี้บ่งชี้ได้จากการไม่มีประชากรมนุษย์ซึ่งสำเนา FOXP2 ทั้งสองได้รับความเสียหาย นอกจากนี้ การศึกษาเชิงวิวัฒนาการยังพบว่ายีนนี้ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างดีในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เช่น ในลิงชิมแปนซี กอริลล่า และลิงแสม มีความแตกต่างจากการทดแทนกรดอะมิโนเพียงตัวเดียวจากออโทโลล็อกของเมาส์ ยีนลิงที่สอดคล้องกันนั้นแตกต่างจากออร์โธโลจีของมนุษย์โดยการแทนที่กรดอะมิโนสองตัว อย่างไรก็ตาม พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญมากขึ้นในรูปแบบของการแสดงออก ตัวอย่างเช่น ในมนุษย์ ลำดับการทำซ้ำของโมเลกุลกลูตามีนจะแตกต่างกันไปตามความยาว แต่ในลิงชิมแปนซีจะไม่พบคุณลักษณะนี้ นอกจากนี้ มีข้อสังเกตว่าในมนุษย์ เมื่อเปรียบเทียบกับการคำนวณความน่าจะเป็น จำนวนของการแทนที่แบบแอคทีฟจะสูงกว่าการแทนที่แบบเงียบ (การกลายพันธุ์แบบเงียบไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงลำดับกรดอะมิโน) สิ่งนี้บ่งชี้ว่ามีการคัดเลือกยีน FOXP2 ในรูปแบบของมนุษย์ ซึ่งก็คือ อาจเป็นอย่างน้อยหนึ่งยีนที่กำหนดความสามารถทางภาษาในวิวัฒนาการ

การวิเคราะห์ความแปรปรวนของอินตรอน FOXP2 ในประชากรมนุษย์ที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถประมาณเวลาที่เกิดการกลายพันธุ์ที่ทำให้ยีนมีรูปแบบที่ทันสมัยได้โดยประมาณ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 220,000 ปีก่อน นั่นคือระหว่างการก่อตัวของมนุษย์ประเภทกายวิภาคสมัยใหม่ (CHAT) Homo Sapiens อย่างไรก็ตาม ต่อมาปรากฎว่า FOXP2 ก็ดูเหมือนกันใน Neanderthals นั่นคือยีนนี้ควรจะปรากฏขึ้นในระหว่างการดำรงอยู่ของบรรพบุรุษร่วมกันของ Neanderthals และ ChSAT เมื่อประมาณ 300-400,000 ปีก่อน อย่างไรก็ตาม วิธีการหาคู่นั้นจำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม

FOXP2 ในหนู

ขั้นต่อไปของนักวิจัยคือการศึกษาหน้าที่ของ FOXP2 และเนื่องจากมีความแตกต่างในหนูด้วยการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนเพียงเล็กน้อย พวกมันจึงดูเหมือนเป็นแบบจำลองที่มีประโยชน์ ผลกระทบของการทำให้ Foxp2 ล้มลง (การสะกดของมันแตกต่างกันเล็กน้อยในเวอร์ชันเมาส์) นั้นเกี่ยวข้องกับการเปล่งเสียง: สัตว์เหล่านี้มีโอกาสน้อยที่จะเปล่งเสียงตามธรรมชาติ - แต่พวกมันขัดแย้งกันและยังห่างไกลจากสถานที่แรก ในระหว่างการเกิดเอ็มบริโอ การเจริญเติบโตและการแตกแขนงของเซลล์ประสาทในหนู Foxp2 ที่น่าพิศวงจะบกพร่อง และทิศทางของการเติบโตของแอกซอนจะบิดเบี้ยว หนูที่มียีน "ปิด" มีชีวิตอยู่ได้ 3-4 สัปดาห์ น้ำหนักจะขึ้นอย่างช้าๆ และจะไม่มีน้ำหนักเพิ่ม

มีขนาดปกติ มีความผิดปกติของการเคลื่อนไหวหลายอย่าง ซึ่งอธิบายได้จากการที่สมองน้อยโตช้า ในมนุษย์ ไม่มีอาการทางระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องของ FOXP2 นอกเหนือจากความบกพร่องทางสติปัญญาดังกล่าว

อาจเป็นไปได้ว่าการเสียชีวิตจากสำเนาปกติของยีน FOXP2 ที่หายไป (และความคล้ายคลึงกันในหนู) มีความสัมพันธ์กับผลกระทบของยีนในเนื้อเยื่ออื่นๆ เช่น หัวใจและปอด ยีนส่วนใหญ่แสดงออกในชั้นลึกของเยื่อหุ้มสมอง เซลล์ Purkinje ของสมองน้อย และในเซลล์ประสาทหนามขนาดกลางใน striatum

การทดลองอีกอย่างหนึ่งคือการสร้างหนูที่มีการกลายพันธุ์แบบเดียวกันใน FOXP2 ซึ่งนำไปสู่โรคในตระกูล KE (และในสถานะเฮเทอโรไซกัสด้วย) ผลที่ตามมาของการเปลี่ยนดังกล่าวได้รับการศึกษาอย่างละเอียดในระดับเนื้อเยื่อ ความเป็นพลาสติกแบบ Synaptic ในการเชื่อมต่อของคอร์ติโคสเตรียทัลและสมองน้อยดูเหมือนจะมีการเปลี่ยนแปลง ในกลูตามาเทอจิคไซแนปส์ของเซลล์ประสาทหนามของ striatum ภาวะซึมเศร้าในระยะยาวพบได้น้อยกว่าปกติ ดังนั้นระดับของกิจกรรมพื้นฐานของเซลล์ประสาทเหล่านี้ในการศึกษาทางสรีรวิทยาไฟฟ้าจึงเพิ่มขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับผลลัพธ์ของการสร้างภาพระบบประสาทใน KE เอง: เธอยังแสดงให้เห็นถึงความผิดปกติของ striatal ด้วย

การวิจัยเกี่ยวกับ FoxP2 ในนกนั้นน่าสนใจ แม้ว่ายีนของพวกมันจะแตกต่างจากมนุษย์มากกว่า แต่ก็มีการแสดงให้เห็นความเชื่อมโยงที่ชัดเจนกับการเปล่งเสียง ยีนดังกล่าวแสดงออกอย่างมากใน striatum ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงข่ายประสาทเทียมที่เป็นสื่อกลางในการเปล่งเสียงของนกขับขาน การใช้นกฟินช์ม้าลายสามารถแสดงให้เห็นว่าหากการแสดงออกของยีนลดลงโดยวิธีทางอณูพันธุศาสตร์ ลูกไก่จะเรียนรู้เพลงเฉพาะของมันได้ไม่สมบูรณ์และอยู่ในรูปแบบที่บิดเบี้ยว

เป้าหมาย FOXP2

หาก FOXP2 เป็นปัจจัยการถอดรหัส ยีนที่มีอิทธิพลโดยตรงต่อการพัฒนาคำพูดควรอยู่ในเป้าหมาย จริงๆ แล้วมียีนดังกล่าวหลายตัวที่รู้จัก:

– CNTNAP2 (คล้ายโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการติดต่อ 2) เข้ารหัสโปรตีนเมมเบรน CASPR2 ซึ่งเป็นของ superfamily ของ neurexin และเป็นสื่อกลางในการโต้ตอบระหว่างเซลล์และเซลล์ มีการแสดงให้เห็นความเชื่อมโยงระหว่างการกลายพันธุ์ต่างๆ ในยีนนี้กับออทิสติก โรคจิตเภท โรคลมบ้าหมู และกลุ่มอาการทูเรตต์ พาหะของการกลายพันธุ์เหล่านี้มีลักษณะทางฟีโนไทป์เหมือนกันทั้งหมด ได้แก่ ความบกพร่องทางจิต อาการชัก พฤติกรรมออทิสติก และการบกพร่องทางภาษา และลักษณะแต่ละอย่างเหล่านี้อาจมีความรุนแรงตั้งแต่เล็กน้อยไปจนถึงพิการได้ ความผิดปกติของคำพูดที่เราสนใจนั้นเกิดจากการพัฒนาการพูดล่าช้า การขาดคำพูดและ dysarthria โดยสมบูรณ์ ความสัมพันธ์ที่มีการศึกษามากที่สุดของหนึ่งใน SNPs (single nucleotide polymorphism) ที่มีความบกพร่องทางภาษาเฉพาะ (SLI) คือโรคที่ความบกพร่องในการพูดหากไม่มีความบกพร่องในการได้ยินและลักษณะออทิสติก การแสดงออกของ CNTNAP2 ในระดับสูงถูกพบในชั้น II-IV ของเยื่อหุ้มสมองของพื้นที่ Broca และพื้นที่โดยรอบรอยแยกของซิลเวียน

– ยีน SRPX2 และ uPAR ทำงานในเชิงซ้อน และ FOXP2 ควบคุมการแสดงออกของทั้งสอง ยีน SRPX2 มีความเกี่ยวข้องกับโรคลมบ้าหมูแบบ Rollandic และ apraxia ของการพูด; ทางสัณฐานวิทยาผู้ป่วยดังกล่าวมักแสดง microgyria ในบริเวณรอยแยกของซิลเวียน แสดงให้เห็นในหนูว่าเป็นการแสดงออกของ SRPX2 ที่ส่งผลต่อการก่อตัวของไซแนปส์และกระดูกสันหลังที่ถูกกระตุ้น กล่าวคือ การหยุดชะงักในลิงก์นี้อาจรับผิดชอบต่อผลกระทบที่สอดคล้องกันของการทำให้ล้มลงของ FOXP2 ในหนู ยีน uPAR เข้ารหัสตัวรับกระตุ้นพลาสมิโนเจน ซึ่งเกี่ยวข้องกับผลของ SRPX2

– ในบรรดายีนที่ควบคุมการแสดงออกโดย FOXP2 นั้นเป็นยีนที่เหมาะกับออทิสติก เช่น MET หรือ MEF2C หน้าที่ของ MEF2C (ปัจจัยเสริมไมโอไซต์ 2C) น่าจะเป็นการควบคุมเชิงลบ (เช่น ระงับ) การก่อตัวของกระดูกสันหลังเดนไดรต์และไซแนปส์กระตุ้นในเซลล์ประสาทฮิปโปแคมปัส; สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นในการทดลองในการเพาะเลี้ยงเซลล์โครงร่าง เนื่องจาก FOXP2 ลดการแสดงออกของ MEF2C ความผิดปกติของมันจึงนำไปสู่ผลตรงกันข้าม ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลข้างต้น: ในหนูที่น่าพิศวง FOXP2 เราเห็นการสมาธิสั้นของเซลล์ประสาทในช่องท้อง ในกระบวนการสร้างยีน สิ่งนี้นำไปสู่การก่อตัวของการเชื่อมต่อคอร์ติโคสเตรียลในระดับที่แตกต่างจากสิ่งที่เกิดขึ้นตามปกติ ยีน MET เข้ารหัสไคเนสของรีเซพเตอร์ไทโรซีนซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ มากมายในระหว่างการกำเนิดเอ็มบริโอ เป็นที่ทราบกันว่ายีนนี้แสดงออกอย่างแข็งขันในกรวยการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาทในระยะแรกของการพัฒนา และการกระตุ้นของมันเกี่ยวข้องกับ GTPase Cdc42 ขนาดเล็กในกระบวนการ และกระตุ้นการเจริญเติบโตของเส้นประสาท การแตกแขนงของเดนไดรต์ และการสร้างกระดูกสันหลัง การปิดใช้งาน MET ในการทดลองทำให้เกิดการก่อตัวของเซลล์ประสาทที่เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งมีโครงสร้างที่สอดคล้องกับระยะแรกของการเจริญเติบโต หากการเปิดใช้งาน MET ยืดเยื้อในระหว่างการกำเนิดเอ็มบริโอ สิ่งนี้จะระงับการก่อตัวและการสุกของกลูตามาเทอจิคไซแนปส์ ความพยายามที่จะควบคุมระดับการแสดงออกของ MET ในเซลล์ประสาทส่วนหน้าได้นำไปสู่การหยุดชะงักของการก่อตัวของโครงข่ายประสาทเทียมซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับเซลล์ประสาทเหล่านี้

– ยีน DISC-1 (Disrupted in Schizophrenia) ได้รับการศึกษาในตอนแรกว่าเป็นสาเหตุที่เป็นไปได้ของโรคจิตเภท แต่ปัจจุบันอยู่ระหว่างการศึกษาในความผิดปกติทางจิตอื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงความผิดปกติทางอารมณ์ ภาวะปัญญาอ่อน และออทิสติก ฟังก์ชั่นของมันไม่ค่อยเข้าใจ แต่เชื่อกันว่าจำเป็นสำหรับการสร้างไซแนปโตเจเนซิสด้วย

โรคอื่นๆ ยีนอื่นๆ

นอกจาก FOXP2 และทีมงานแล้ว ยังมีการค้นพบยีนอื่นๆ ซึ่งความเสียหายส่งผลต่อคำพูดในด้านต่างๆ เป็นที่แน่ชัดว่ามีเพียงยีนเพียงยีนเดียวเท่านั้น แม้ว่าจะเป็นปัจจัยการถอดความ แต่ก็ไม่สามารถระบุพัฒนาการของภาษาได้ทั้งหมด และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วต่อการวิวัฒนาการของมนุษย์ เห็นได้ชัดว่าการดำเนินการนี้ช้าและต้องมีการแก้ไขมากมาย

ในบรรดาความผิดปกติทางจิตของเด็ก มีส่วนพิเศษที่อุทิศให้กับความผิดปกติในการพูดโดยเฉพาะ เนื่องจากเป็นพยาธิสภาพทางพันธุกรรมที่มักปรากฏในวัยเด็ก จึงมีการศึกษาพื้นฐานทางพันธุกรรมของความผิดปกติในการพูดในวัยเด็กโดยเฉพาะ

1. พัฒนาการบกพร่องในการอ่าน (ความบกพร่องทางการอ่าน) – ความยากลำบากในการออกเสียงและการอ่านที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยสาเหตุที่ชัดเจนอื่น ๆ เช่น ไอคิวต่ำ หรือความบกพร่องทางร่างกาย หรือความบกพร่องทางการเรียนรู้ ส่งผลกระทบต่อเด็กวัยเรียนประมาณ 5-10% และมีปัญหาต่อเนื่องไปจนถึงวัยผู้ใหญ่ มักจะมีปัญหาในการทำความเข้าใจคำพูด ซึ่งจะถูกเปิดเผยโดยการทดสอบที่ละเอียดอ่อนยิ่งขึ้น

ในการศึกษาทั่วทั้งจีโนม มีการระบุ 9 ภูมิภาคของ DYX1-9 ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการพัฒนาของโรคนี้ ทั้งสามมียีนเฉพาะ:

– ในภูมิภาค DYX1 – ยีน DYX1C1 หน้าที่ของยีนนี้ ได้แก่ การย้ายถิ่นของเส้นประสาทและการจัดระเบียบของโครงร่างโครงร่าง การศึกษาหลังการชันสูตรพลิกศพของสมองของผู้ที่มีการกลายพันธุ์ของ DYX1C1 ในซีกซ้ายเผยให้เห็นความผิดปกติเล็กน้อยที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของเส้นประสาทและ glial

– ในภูมิภาค DYX2 มียีน KIAA0319 และ DCDC2 ยีน KIAA0319 เข้ารหัสโปรตีนเมมเบรนด้วยโดเมนนอกเซลล์ขนาดใหญ่ซึ่งจำเป็นสำหรับการยึดเกาะของเซลล์ประสาท DCDC2 เข้ารหัสหนึ่งในโดเมนของดับเบิ้ลคอร์ติน (โปรตีนที่แสดงโดยเซลล์ประสาทที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ ซึ่งเป็นเครื่องหมายของการสร้างระบบประสาท) และจำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงภายในเซลล์ที่เป็นสื่อกลางระหว่างโครงร่างของเซลล์

– ในภูมิภาค DYX5 มียีน ROBO1 ซึ่งเข้ารหัสตัวรับการนำทางสำหรับแอกซอนที่ข้ามเส้นกึ่งกลาง การกลายพันธุ์ของมันจึงนำไปสู่การก่อตัวของการเชื่อมต่อระหว่างซีกโลกที่ผิดปกติ

2. ความผิดปกติของคำพูดโดยเฉพาะคือการไร้ความสามารถในการเชี่ยวชาญภาษาพูดโดยไม่ได้เกิดจากสาเหตุอื่น ซึ่งส่งผลต่อประเด็นสำคัญด้านใดด้านหนึ่ง ได้แก่ สัณฐานวิทยา วากยสัมพันธ์ วัจนปฏิบัติศาสตร์ หรือความหมาย การถ่ายทอดคำพูด การรับรู้ และคำพูดที่เป็นลายลักษณ์อักษรอาจบกพร่อง โรคนี้ส่งผลกระทบต่อเด็กอายุ 5-6 ปีมากถึง 7% เมื่ออายุมากขึ้น การขาดดุลจะได้รับการแก้ไข แต่แม้ในวัยผู้ใหญ่ ความเบี่ยงเบนในการทดสอบที่ซับซ้อนยังคงอยู่ เราได้กล่าวถึงยีนตัวหนึ่งสำหรับความผิดปกตินี้แล้ว CNTNAP2 อีกสองตัวอยู่บนโครโมโซม 16: CMIP และ ATP2C2 CMIP เข้ารหัสโปรตีนที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงร่างโครงร่างเซลล์ และพบการกลายพันธุ์ในผู้ป่วยออทิสติก ยกเว้นใน CPP ATP2C2 เข้ารหัสแคลเซียม ATPase และมีส่วนร่วมในการควบคุมระดับแมกนีเซียมและแคลเซียมในเซลล์

3. อาการ apraxia ในวัยเด็กเป็นโรคที่อธิบายไว้ตอนต้นของเนื้อหา โดยเป็นความผิดปกติที่ช่วยค้นพบยีน FOXP2 อย่างไรก็ตามในภายหลังปรากฎว่ามีผู้ป่วยเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ที่มีคุณสมบัติตรงตามเกณฑ์สำหรับความผิดปกตินี้เท่านั้นที่มีความเสียหายโดยเฉพาะในยีน FOXP2 นั่นคือกรณีส่วนใหญ่ของภาวะ apraxia ในวัยเด็กต้องเกิดจากสาเหตุอื่น

4. ความผิดปกติของการออกเสียงเสียง – ปัญหาในการทำซ้ำและการใช้เสียงพูดที่ถูกต้อง ซึ่งส่วนใหญ่มักเกิดจากการละเว้นและการแทนที่เสียงที่มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจความหมาย ปรากฏการณ์นี้มักพบเห็นบ่อยมากในเด็กเล็กที่เพิ่งหัดพูด ถือว่าเป็นพยาธิสภาพหากยังคงมีอยู่เมื่ออายุหกขวบ - สิ่งนี้เกิดขึ้นในประมาณ 4% ของกรณี ความผิดปกตินี้ค่อนข้างยากที่จะแยกแยะความแตกต่างจาก apraxia ในวัยเด็กและเฉพาะเจาะจง

ความผิดปกติของคำพูด อาจมีพื้นฐานทางพันธุกรรมร่วมกับโรคดิสเล็กเซีย เนื่องจากความเกี่ยวข้องที่สำคัญที่สุดคือการเปลี่ยนแปลงในภูมิภาค DYX5

5. การพูดติดอ่าง – การกล่าวซ้ำ ๆ โดยไม่สมัครใจและการขยายพยางค์ การหยุดชั่วคราวที่ขัดขวางความคล่องแคล่วในการพูด มักจะหายไปตามอายุ แต่ผู้ป่วยประมาณ 20% ยังคงพูดติดอ่างจนถึงวัยผู้ใหญ่ ตามกฎแล้วลักษณะทางความหมายและไวยากรณ์ของคำพูดจะไม่ถูกละเมิด พบการเชื่อมต่อกับยีนสามยีนที่เกี่ยวข้องกับการจดจำวัตถุสำหรับเอนไซม์ไลโซโซม: GNPTAB, GNPTG และ NAGPA ยีนทั้งสามเข้ารหัสหน่วยย่อยของเอนไซม์ N-acetyl-glucosamine-1-phosphotransferase ซึ่งจำเป็นสำหรับการ "ทำเครื่องหมาย" โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่มีมานโนส และการรับรู้ในภายหลังโดยไลโซโซม ยีนเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับโรคที่ร้ายแรงกว่าการพูดติดอ่าง เช่น mucolipidosis ประเภท 2 และ 3

นอกจากนี้ยังมียีนที่ซับซ้อนที่รู้จักกันดีคือ MCPH และ ASPM ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่นำไปสู่ภาวะศีรษะเล็ก ในผู้ป่วยดังกล่าวจะมีพัฒนาการทางภาษาไม่เกินระดับเด็กอายุ 6 ขวบ อย่างไรก็ตาม พวกเขามีความสามารถทางภาษาขั้นพื้นฐาน ซึ่งนำเราไปสู่ความสำคัญที่มากขึ้นของโครงสร้างภายในของสมองมากกว่าขนาดของมันอีกครั้ง MCPH เข้ารหัสโปรตีนไมโครเซฟาลิน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบวัฏจักรของเซลล์และการซ่อมแซม DNA ก่อนการแบ่งตัว ผลิตภัณฑ์ ASPM จำเป็นสำหรับการสร้างสปินเดิลแบ่งส่วนและรับประกันความสมมาตรของเซลล์ผลลัพธ์ สิ่งที่น่าสนใจคือยีนที่มีข้อบกพร่องนั้นหาได้ยากในแอฟริกาซึ่งภาษาวรรณยุกต์เป็นเรื่องธรรมดาและพบได้ทั่วไป (มากถึง 30%) ในยุโรปซึ่งไม่มีภาษาประเภทนี้

แม้จะมีกลเม็ดต่างๆ มากมายที่หนูทดลองสามารถทำได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามที่จะขยายคลังแสงกลเม็ดต่างๆ ของพวกมัน ความอดทนอย่างยิ่งยวด, แข็งแกร่งเป็นพิเศษ, เร็วเป็นพิเศษ, ต้านทานอย่างยิ่งหรือในทางกลับกัน, ไวต่อโรคที่อันตรายที่สุด - รายการความสามารถที่ได้รับทางพันธุกรรมตามความประสงค์ของนักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ จำกัด อยู่เพียงเท่านี้

Wolfgang Enard จากสถาบันมานุษยวิทยาวิวัฒนาการมักซ์พลังค์ในเมืองไลพ์ซิกและเพื่อนร่วมงานของเขาตั้งภารกิจที่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยในการสอนหนูให้พูด

หรืออย่างน้อยก็ปลูกถ่ายยีนคำพูด Foxp2 เวอร์ชันมนุษย์ไปเป็นหนู

หนูและสัตว์อื่นๆ รวมถึงไพรเมต ก็มียีนนี้เช่นกัน หรือถ้าให้เจาะจงกว่านั้นคือลำดับดีเอ็นเอที่เข้ารหัสปัจจัยการถอดรหัส Foxp2 แต่แตกต่างจากมนุษย์ด้วยการกลายพันธุ์แบบสองจุด การกลายพันธุ์เหล่านี้เองที่เชื่อกันว่าทำให้มนุษย์มีความสามารถพิเศษทั้งในการพูดและแยกแยะคำพูด นักวิทยาศาสตร์ประมาณการอายุของการกลายพันธุ์นี้ต่างกัน - ตั้งแต่ 100 ถึง 500,000 ปี ปัญหาเรื่องอายุและวิวัฒนาการของ Foxp2 เกือบจะกลายเป็นหัวข้อหลักในการสนทนาด้วยซ้ำ จีโนมของมนุษย์ยุคหินที่เพิ่งถอดรหัส.

อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของปัจจัยการถอดความนี้ยังไม่ชัดเจน เห็นได้ชัดว่ากระบวนการที่ซับซ้อนเช่นคำพูดไม่สามารถรับประกันได้ด้วยยีนเพียงยีนเดียว จำเป็นต้องมีโครงสร้างทางเดินหายใจและสายเสียงที่เหมาะสม นอกจากนี้สมองและอวัยวะการได้ยินจะต้องสามารถรับรู้และแยกแยะคำพูดนี้ได้ Foxp2 เหมาะอย่างยิ่งกับบทบาทของ "ผู้ควบคุม" - ท้ายที่สุดแล้ว มันเป็นปัจจัยการถอดรหัสที่ควบคุมการทำงานของยีนที่หลากหลาย (ซึ่งยังไม่ทราบแน่ชัด) นั่นคือการกลายพันธุ์หนึ่งครั้งในยีน Foxp2 ก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนโครงสร้าง คุณสมบัติ และการทำงานไปพร้อมๆ กันในเนื้อเยื่อต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นระบบประสาทหรือระบบทางเดินหายใจ

Foxp2 กลายเป็น "ยีนคำพูด" เมื่อไม่นานมานี้: ในตอนท้ายของศตวรรษที่ผ่านมาเป็นที่ชัดเจนว่าการกลายพันธุ์ของมันเป็นสาเหตุของความบกพร่องในการรับรู้คำพูดที่มีมา แต่กำเนิด

แต่กลไกการออกฤทธิ์ตลอดจนหน้าที่ทั้งหมดของปัจจัยนี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดจนถึงทุกวันนี้ เมื่อมองไปข้างหน้า สมมติว่าแม้หลังจากงานของ Enard ยังคงมีคำถามมากมาย แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะสามารถอธิบายผลกระทบของ Foxp2 เวอร์ชันมนุษย์ต่อหนูได้ ผู้เขียน สิ่งพิมพ์ใน Cell รายชื่อที่ร่วมกับสถาบันต่างๆ รวบรวมหน้าแรกทั้งหมดของบทความ พยายามตอบคำถามสองข้อในคราวเดียว: บทบาทของ Foxp2 โดยทั่วไปคืออะไร และอะไรคือความแตกต่างระหว่างผลกระทบของมนุษย์ Foxp2 และเมาส์ Foxp2

ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นพวกเขาต้องผสมพันธุ์หนูแบบเฮเทอโรไซกัสสำหรับยีนนี้ - Foxp2 wt/ko (ชนิดไวด์/น็อคเอาท์) นั่นคือยีนเวอร์ชันหนึ่งคือ "ไวด์" - เมาส์ และอันที่สองถูกปิดโดยสิ้นเชิง นอกเหนือจากกลุ่มนี้แล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังได้รับหนู Foxp2 hum/hum (มนุษย์) ซึ่งมียีนที่แตกต่างจากมนุษย์ในทั้งสองตำแหน่ง หลังจากนั้นเอนาร์ดและเพื่อนร่วมงานของเขา ซึ่งในจำนวนนี้เป็น "หัวหน้าผู้เชี่ยวชาญ" เกี่ยวกับจีโนมนีแอนเดอร์ทัลอย่างสวานเต พีโบ ได้ประเมินหนูตามเกณฑ์ทางสรีรวิทยาเกือบสามร้อยข้อ

หนูที่ "มีมนุษยธรรม" ไม่เคยเรียนรู้ที่จะพูดและมีการหลั่งโดปามีนน้อยลงและความกระตือรือร้นในการวิจัยลดลง แต่พวกมันปล่อยอัลตราซาวนด์ที่แตกต่างกันในเชิงปริมาณ

การไม่มีสำเนาของยีนหนึ่งชุดทำให้เกิดผลตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิง ซึ่งพิสูจน์บทบาทของ Foxp2 เวอร์ชันมนุษย์อีกครั้งในปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ทั้งหมด สาเหตุของความแตกต่างเหล่านี้อยู่ในปมประสาทฐานของเทเลเซฟาลอน ที่นี่เป็นสัญญาณที่เปลี่ยนเส้นทางจากเปลือกสมองไปยังกล้ามเนื้อ และปฏิกิริยาตอบสนองหลายอย่างจะ "ปิด" ที่นี่ กิจกรรมที่ลดลงในการค้นหาและสำรวจวัตถุใหม่ๆ อธิบายได้จากโดปามีนในระดับต่ำ ซึ่งเป็นตัวกลางแห่งความสุขที่กระตุ้นพฤติกรรมดังกล่าว

สำหรับหัวข้อหลักของการสนทนา - ผลกระทบต่อคำพูดความแตกต่างส่วนใหญ่ไม่มีนัยสำคัญแม้ว่าผู้เขียนจะสามารถค้นหาความแตกต่างเล็กน้อยได้:

หนูที่มี "มนุษยธรรม" มีแนวโน้มที่จะสร้างเสียงที่เป็นเอกเทศมากขึ้น และใช้ความถี่สูงสุดที่ต่ำกว่าในการทำเช่นนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับหนูที่น่าพิศวงสำหรับยีนตัวใดตัวหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงบทบาทของเวอร์ชันมนุษย์ที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น ไม่ใช่ Foxp2 โดยรวม

Foxp2 ดูเหมือนจะมีผลกระทบมากที่สุดต่อคำพูดและการจดจำเสียง รวมถึงการควบคุมคำพูดจากส่วนกลาง สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือหนูที่ไม่เคยเรียนรู้ที่จะพูดเลยในช่วงชีวิตของพวกเขา บอกกับนักวิทยาศาสตร์หลังจากการผ่า:

ในหนูที่ "ทำให้เป็นมนุษย์" ความยาวเฉลี่ยของกระบวนการสั้น ๆ ของเซลล์ประสาท - เดนไดรต์ - สูงกว่า 22%

สิ่งนี้มีส่วนทำให้เกิดการติดต่อระหว่างเซลล์มากขึ้น และส่งผลให้การทำงานของระบบประสาทมีประสิทธิภาพมากขึ้น และโดยเฉพาะเครื่องวิเคราะห์การได้ยิน

ดังนั้น เอนาร์ดจึงยืนยันอีกครั้งถึงความจริงที่ว่าวิวัฒนาการภายในกลุ่มที่สมบูรณ์แบบเช่นสัตว์นั้นดำเนินไปโดยหลักเนื่องมาจากปัจจัยการถอดความ ไม่ใช่ยีนในความหมายปกติของคำนี้ ยังคงมองหา Foxp2 ในนกแก้วและคำถามเกี่ยวกับบทบาทของมันจะได้รับการแก้ไขในที่สุด

เป็นไปได้อย่างไรที่มนุษย์เราสามารถพูดได้ แต่ลิงชิมแปนซี ซึ่งเป็นญาติสนิทของเราพูดไม่ได้? ผู้เชี่ยวชาญชาวอเมริกันได้ทำการศึกษาวิจัยในวงกว้างโดยพยายามค้นหาว่าอะไรคือสาเหตุที่แท้จริงของความแตกต่างที่สำคัญเช่นนี้ การพัฒนาสมองมีความสำคัญมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมา หรือยีนของเรารับผิดชอบต่อทุกสิ่งหรือไม่?

การสื่อสารด้วยวาจาระหว่างผู้คนถือเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักที่แตกต่างของมนุษย์โดยแยกเขาออกจากส่วนที่เหลือของสัตว์โลก ปล่อยให้ขอบเขตนี้เป็นเงื่อนไขและสัตว์ยังคงมีการแสดงคำพูดบางอย่าง (เช่นเดียวกับการรับรู้ การรับรู้เสียงพูดและเสียง) แต่ความจริงที่เถียงไม่ได้ก็คือพวกมันไปไม่ถึงระดับมนุษย์

มีอะไรพิเศษ? โฮโมเซเปียนส์นักพันธุศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ลอสแองเจลิส (UCLA) และมหาวิทยาลัยเอมอรีตัดสินใจค้นหาคำตอบอย่างแน่นอน พวกเขาแนะนำว่ายีนของเราต้องถูกตำหนิ อย่างไรก็ตามแน่นอนว่านักวิทยาศาสตร์ยังห่างไกลจากกลุ่มแรกในเรื่องนี้ แต่ผู้เชี่ยวชาญกลุ่มนี้เป็นกลุ่มแรกที่ทำการศึกษาอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับพื้นฐานทางพันธุกรรมของการปรากฏตัวของคำพูดในคน

เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่ายีนกลางที่รับผิดชอบในการพัฒนาคำพูดของมนุษย์อย่างเหมาะสมคือ FOXP2 ยีนนี้เข้ารหัสโปรตีนชื่อเดียวกัน ซึ่งทำให้ FOXP2 สามารถควบคุมการทำงานของยีนอื่นๆ ได้

การวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อยีนนี้ถูกปิดใช้งาน ผู้คนจะเกิดปัญหาร้ายแรงเกี่ยวกับคำพูด (การสร้างประโยค) และการออกเสียงของเสียง

อย่างไรก็ตาม FOXP2 ยังมีอยู่ในสัตว์บางชนิดด้วย (นก สัตว์เลื้อยคลาน และแม้แต่ปลา) ตามเหตุผลปรากฎว่าเขาไม่ต้องรับผิดชอบต่อการปรากฏตัวของคำพูดในบุคคล กลุ่มวิทยาศาสตร์บางกลุ่มเริ่มมองหา "ยีนคำพูด" อื่นๆ ในขณะที่กลุ่มอื่นๆ ยังคงศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับงานของ FOXP2 ต่อไป

การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่า FOXP2 ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงมากนักในระหว่างการวิวัฒนาการของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (จนถึงเวลาที่มนุษย์และชิมแปนซีแยกตัว) อย่างไรก็ตาม เมื่อประมาณ 200,000 ปีก่อน ยีนเริ่มมีลักษณะเป็น "มนุษย์"

หลังนี้ก่อตั้งโดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันในปี พ.ศ. 2545 จากนั้นนักชีววิทยาค้นพบว่าในลิงชิมแปนซี โปรตีนที่ถูกเข้ารหัสโดยยีนเวอร์ชันหนึ่งมีความแตกต่างจากมนุษย์อยู่บ้าง นี่อาจหมายความว่า FOXP2 ทำงานแตกต่างออกไปในมนุษย์ ดังนั้นความสามารถทางภาษาที่เป็นเอกลักษณ์

อีกก้าวหนึ่งในการทำความเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นในปีนี้โดยนักพันธุศาสตร์จากสถาบันมานุษยวิทยาวิวัฒนาการมักซ์พลังค์ (Max-Planck-Institut für Evolutionäre Anthropologie) พวกเขาใส่ยีนเวอร์ชั่นมนุษย์เข้าไปใน DNA ของหนู

แน่นอนว่าสิ่งนี้ไม่ได้ทำให้สัตว์ฟันแทะพูดได้เหมือนมนุษย์ ท้ายที่สุดแล้ว ความสามารถในการพูดนั้นเป็นทักษะที่ซับซ้อน แต่การศึกษาที่ดำเนินการในขณะนั้นแสดงให้เห็นว่าการเปล่งเสียงของสัตว์มีการเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ในส่วนของสมองของเมาส์ (ที่เกี่ยวข้องกับคำพูดในมนุษย์) เซลล์ประสาทได้เปลี่ยนโครงสร้างและกิจกรรมของพวกเขา และนี่ก็เป็นอะไรบางอย่างแล้ว!

การศึกษาโดยละเอียดเพิ่มเติมดำเนินการโดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดย Genevieve Konopka และ Daniel Geschwind จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในลอสแองเจลิส นักชีววิทยาขยายอาณานิคมของเซลล์สมองในจานเพาะเชื้อที่ไม่มียีน FOXP2

จากนั้นยีนเวอร์ชันมนุษย์ก็ถูกนำเข้าสู่ส่วนหนึ่งของเซลล์ และลิงชิมแปนซีในส่วนที่สอง หลังจากนั้น ผู้เชี่ยวชาญได้ติดตามการแสดงออกของยีน กระบวนการแปลข้อมูล DNA ไปเป็นโปรตีนของเซลล์ที่ทำงาน และบันทึกว่ายีนใดได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้และอย่างไร

ในบทความในวารสาร Nature นักวิทยาศาสตร์เขียนว่าจากยีนหลายร้อยตัวที่อยู่ภายใต้ FOXP2 พวกเขาสามารถแยกยีน 116 ยีนที่ตอบสนองต่อการกระตุ้นเวอร์ชันของมนุษย์แตกต่างไปจากยีนที่นำมาจากลิง “การระบุองค์ประกอบของกลุ่มนี้ทำให้เรามีชุดเครื่องมือที่ช่วยให้เราสามารถมีอิทธิพลต่อคำพูดของมนุษย์ในระดับโมเลกุลได้” Konopka กล่าว

ยีนชุดนี้น่าจะเกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการของคำพูดและภาษาด้วย เนื่องจากองค์ประกอบหลายอย่างควบคุมการพัฒนาสมองหรือเกี่ยวข้องกับความสามารถทางปัญญา ยีนบางตัวกำหนดลักษณะที่ปรากฏและควบคุมการเคลื่อนไหวของเนื้อเยื่อของใบหน้าและกล่องเสียง (ซึ่งดังที่ทราบกันว่าเกี่ยวข้องกับการประกบ)

การศึกษาเบื้องต้นของเกชวินด์เกี่ยวกับวิวัฒนาการของยีน 116 ยีนที่เหมือนกันนั้น แสดงให้เห็นว่าพวกมันมีประวัติใกล้เคียงกันโดยประมาณ “บางทีพวกเขาอาจจะเปลี่ยนแปลงทั้งหมดพร้อมกันราวกับเป็นร่วมกัน” นักวิทยาศาสตร์ให้เหตุผล

แดเนียลยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าแม้ FOXP2 จะมีความสำคัญที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว แต่เขาจะไม่เรียกมันว่า "ยีนคำพูด" บางที FOXP2 อาจเป็นเพียงส่วนหนึ่งของกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง หรือไม่ใช่จุดเชื่อมต่อแรกในสายโซ่ (การทำงานของมันถูกควบคุมโดยสสารบางชนิดที่ยังไม่ทราบมาก่อน) นักชีววิทยาอธิบาย

Geschwind พูดแบบนี้ด้วยเหตุผล ทีมงานของเขาทำการทดลองครั้งที่สอง โดยเปรียบเทียบการกระตุ้นของยีนในเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์ที่โตเต็มวัยและชิมแปนซี ปรากฎว่ามีการทับซ้อนกันบางส่วนในการทำงานของยีนเหล่านั้นซึ่งมีกิจกรรมที่แตกต่างกันในสมองของมนุษย์และยีนที่ถูกควบคุมต่างกันโดย FOXP2 เวอร์ชันของมนุษย์

ยังเร็วเกินไปที่จะสรุปผล แต่โอกาสที่ความแตกต่างส่วนใหญ่จะอยู่ที่สมอง โฮโมเซเปียนส์และชิมแปนซี (ตามสายเลือดทางภาษา) อธิบายได้ด้วยการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ สองครั้งในยีนเดียว “หากสิ่งนี้เป็นจริง มันคงจะเหลือเชื่ออย่างยิ่ง” โวล์ฟกัง เอนาร์ด จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อมานุษยวิทยาวิวัฒนาการ กล่าว (เราจะเสริมว่าสิ่งนี้จะเน้นย้ำถึงการเปลี่ยนแปลงความสามารถจากลิงชิมแปนซีไปสู่มนุษย์อย่างราบรื่นอีกครั้ง)

“งานนี้ถือเป็นจุดเริ่มต้น ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาระดับโมเลกุลในอนาคตทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาวิวัฒนาการของภาษา” Paško Rakić นักประสาทวิทยาจาก Yale กล่าวเสริม

ศาสตราจารย์ Faraneh Vargha-Khadem จาก University College London ยังได้แสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับงานในปัจจุบันด้วย เธอเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของคำพูดในผู้ป่วยที่เกิดจากความผิดปกติทางพันธุกรรม (และโดยเฉพาะในกิจกรรมของ FOXP2)

ศาสตราจารย์เห็นด้วยกับข้อสรุปของกลุ่มวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน และตั้งข้อสังเกตว่าผู้ป่วยของเธอมักจะมีรูปร่างโค้งมนของส่วนล่างของใบหน้า (ซึ่งยืนยันอีกครั้งว่าอิทธิพลของ FOXP2 มีหลายแง่มุม) บางทีชิมแปนซีไม่สามารถพูดได้เนื่องจากมีความผิดปกติทางกายภาพเหมือนกัน บุคคลไม่สามารถเต้นรำได้ถ้าเขาไม่มีขา เปรียบเทียบ Vargha-Khadem

ใช่ ไม่มีน้องชายคนเล็กของเราคนใด รวมทั้งลิงชิมแปนซีที่อยู่ใกล้เรามาก สามารถสื่อสารได้อย่างมีความหมายและครบถ้วน แต่ในขณะเดียวกัน ม้าก็ใช้คำพูดที่ดูเหมือนลิง ดูเหมือนลิงจะเข้าใจไวยากรณ์และแยกแยะเสียงได้ และเมียร์แคต - น้ำเสียงของญาติของพวกเขา บางทีพวกเขาอาจจะถ่ายทอดความคิดออกมาเป็นคำพูดได้ แต่พวกเขาไม่มีข้อกำหนดเบื้องต้นทางพันธุกรรมที่เหมาะสม

Faraneh ยังสนับสนุน Daniel ในประเด็นแนวทางที่ครอบคลุมในการพัฒนาคำพูดในผู้คน คุณไม่ควรมุ่งความสนใจไปที่ยีนเพียงตัวเดียวและหลายตัวแทนของมัน เธอกล่าว

นอกจากนี้ Vargha-Khadem ยังชี้ให้เห็นว่า FOXP2 ให้ความสามารถทางกายภาพแก่มนุษย์ในการพูดเท่านั้น แต่ไม่ได้อธิบายว่าแนวคิดเชิงนามธรรมกลายเป็นคำในสมองของมนุษย์โบราณได้อย่างไร หรือทักษะการรู้คิดที่สูงขึ้นเกิดขึ้นได้อย่างไร และสิ่งนี้ยังคงต้องจัดการ

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยังมีเวลาอีกนานมากในการทำงานกับการออกเสียง ท้ายที่สุด หากคุณลองคิดดู “การเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อทั้งหมดที่รับผิดชอบในการออกเสียงก็ถือเป็นปาฏิหาริย์เล็กๆ น้อยๆ เช่นกัน” Vargha-Khadem กล่าว ในการสร้างลำดับของเสียงเพื่อให้ผู้ฟังเข้าใจได้ คุณจะต้องผ่านเส้นทางการพัฒนาที่ยาวนานมากด้วย

ยังไม่มีการค้นพบประโยชน์พิเศษและเหลือเชื่อในมนุษย์ บางทีสัตว์บางตัวอาจกำลังเดินไปตามเส้นทางนี้แล้วค่อยๆไล่ตามผู้คนไปจนมองไม่เห็น?

ปีเตอร์ บอร์เกอร์ และรอยัล ทรูแมน

คำพูดทำให้ผู้คนสามารถสื่อสารได้อย่างมีประสิทธิภาพ และอาจเป็นคุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดที่ทำให้ผู้คนแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตอื่นๆ อย่างไรก็ตาม บางคนเกิดมาพร้อมพัฒนาการพูดที่บกพร่องและล่าช้า โรคนี้เรียกว่า ความผิดปกติของคำพูดโดยเฉพาะ(สรอ.) เด็กที่ทุกข์ทรมานจากความผิดปกติทางภาษาโดยเฉพาะจะมีพัฒนาการและการรับรู้ทางภาษาล่าช้าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับเพื่อนๆ ในกลุ่มเดียวกัน และนำไปสู่ความยากลำบากในการเรียนรู้และการอ่านที่โรงเรียน ไม่นานมานี้ ในครอบครัวหนึ่งซึ่งมีความผิดปกติในการพูดโดยเฉพาะมาเป็นเวลาสามชั่วอายุคน มีการค้นพบยีนที่เสียหาย - ฟ็อกซ์พี2- ยีนเดียวกัน ฟ็อกซ์พี2พบในผู้อื่นที่เป็นโรคเดียวกัน ผู้ที่มียีน FOXP2 ที่เสียหายมีแนวโน้มที่จะเป็นโรคเกี่ยวกับคำพูดโดยเฉพาะ แต่การกลายพันธุ์แบบเดียวกันนี้ไม่ได้นำไปสู่ความผิดปกตินี้เสมอไป ซึ่งบ่งบอกถึงความซับซ้อนของพันธุกรรมคำพูด

นักวิจัยที่สถาบันมานุษยวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยซูริกใช้มานุษยวิทยาเชิงคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างรูปลักษณ์ของเด็กยุคหินใหม่โดยอาศัยซากกะโหลกศีรษะ (เอกสารแนบยิบรอลตาร์ 2) และเปรียบเทียบระบบโครงกระดูกและสัณฐานวิทยาของเนื้อเยื่ออ่อนของมนุษย์สมัยใหม่

(ภาพนำมาจาก de.wikipedia.org)

ลำดับดีเอ็นเอทั้งหมดของยีน FOXP2 ของมนุษย์ได้รับการถอดรหัสแล้ว ความคล้ายคลึงทางพันธุกรรมของลิงชิมแปนซี อุรังอุตัง ลิงแสม และหนู ได้รับการถอดรหัสเมื่อเร็วๆ นี้ กระรอก ฟ็อกซ์พี2ชิมแปนซี กอริลล่า และลิงแสมเหมือนกัน โปรตีนชนิดเดียวกันในอุรังอุตังและลิงชิมแปนซีแตกต่างกันในกรดอะมิโนเพียงสองตัวที่อยู่นอกโซน Q (โซน Q ไม่ได้ถูกนำมาพิจารณา เนื่องจากพวกมันอาจมีการกลายพันธุ์อย่างรวดเร็วเนื่องจาก DNA polymerase ที่ไม่เสถียร) เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างทั้งห้านี้ ลำดับ DNA เวอร์ชันของมนุษย์มีความแตกต่างกันเป็นสองส่วน รูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าที่กรดอะมิโนตกค้าง 304 มี 'N' ในมนุษย์และมี 'T' ในสิ่งมีชีวิตอีกห้าชนิด ที่กรดอะมิโนตกค้าง 326 มี 'S' ในมนุษย์ และ 'N' มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตอีกห้าชนิด การเปลี่ยนแปลงของกรดอะมิโนทั้งสองนี้มีอยู่ในตัวอย่างของมนุษย์ทั้งหมด 226 ตัวอย่างที่ตรวจสอบ และเป็นตัวแทนของลำดับของยีน FOXP2 ของมนุษย์ ดังนั้นยีนและโปรตีน FOXP2 จึงสามารถใช้เป็นได้ ยีนบ่งชี้- กลไกทางพันธุกรรมที่แยกแยะระหว่างมนุษย์ ไพรเมต และสัตว์ชนิดอื่น (ภาพที่ 1)

การวิเคราะห์ DNA ล่าสุดของมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลซึ่งวิวัฒนาการเมื่อประมาณ 400,000 ปีก่อนตามเส้นเวลาวิวัฒนาการได้แสดงให้เห็นว่า พวกเขามีโปรตีนยีน FOXP2 แบบเดียวกับมนุษย์สมัยใหม่ (แยกจากลำดับดีเอ็นเอ)รวมถึงการแข่งขัน N และ S ที่ตำแหน่ง 304 และ 326 ตามลำดับ นอกจากหลักฐานทางสัณฐานวิทยาและสรีรวิทยาของการมีอยู่ของระบบเสียง ซึ่งรวมถึงกระดูกไฮออยด์สมัยใหม่แล้ว อณูชีววิทยายังให้หลักฐานว่ามนุษย์นีแอนเดอร์ทัลมีคุณสมบัติทั้งหมดที่จำเป็นในการพูดภาษาที่ซับซ้อน ดังนั้นยีน FOXP2 ที่พบในมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลจึงพิสูจน์ได้ว่ามีอยู่จริง โฮโมเซเปียนส์- การค้นพบนี้ค่อนข้างสอดคล้องกับจุดยืนของนักทรงเนรมิตที่ว่ามนุษย์นีแอนเดอร์ทัลคือผู้คนที่อาศัยอยู่หลังน้ำท่วมโลกในพื้นที่ซึ่งปัจจุบันคือยุโรปและเอเชีย

รูปที่ 1.ตัวอักษรเหล่านี้ระบุชื่อกรดอะมิโน 330 ตัวชั้นนำของโปรตีนยีน FOXP2 ในมนุษย์ ชิมแปนซี กอริลล่า อุรังอุตัง ลิงจำพวก และหนู ลำดับกรดอะมิโนเหล่านี้แสดงส่วนยืดของโพลีกลูตามีนสองส่วน (สีแดง) ที่ทำให้ลำดับกรดอะมิโนของมนุษย์แตกต่างจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ ที่แสดงไว้ที่นี่ (N ที่ตำแหน่ง 304 และ S ที่ตำแหน่ง 326) กรดอะมิโน 386 ตัวสุดท้ายของยีน FOXP2 มีความเหมือนกันในทุกสปีชีส์และไม่มีการนำเสนอไว้ที่นี่ ลำดับเหล่านี้นำเสนอใน Enard และคณะ

ลิงค์และหมายเหตุ

สมัครรับจดหมายข่าวของเรา

นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันใช้การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อศึกษาการทำงานของยีนคำพูด FOXP2 พวกเขาประเมินการแสดงออกของยีนทั้งหมดในเซลล์เพาะเลี้ยงด้วยตัวแปร FOXP2 ของมนุษย์และลิง มีความเป็นไปได้ที่จะระบุยีนที่ซับซ้อนทั้งหมดซึ่งทำงานเกี่ยวข้องกับ FOXP2 ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง แปดในนั้นเป็นเป้าหมายโดยตรงของยีนนี้ และยีนอื่นอีกกว่าร้อยยีนถูกควบคุมทางอ้อม น้ำตกทางพันธุกรรมทั้งหมดนี้มีหน้าที่ในการพัฒนาสมองตามปกติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนที่ต้องอาศัยการประสานงานของการเคลื่อนไหว รวมถึงการเปล่งเสียงพูด นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอแนะว่าวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วของยีน FOXP2 มีความสัมพันธ์กับวิวัฒนาการของยีนอื่นๆ จากน้ำตกนี้

ในบรรดายีนที่ทำให้มนุษย์แตกต่างจากไพรเมตอื่นๆ ยีน FOXP2 มีบทบาทพิเศษ (ดูบทความทบทวน พื้นฐานทางพันธุกรรมของจิตใจจะถูกถอดรหัสหรือไม่, “องค์ประกอบ” 10/09/2549) ตามแนวคิดคลาสสิกยีนที่มีชื่อเสียงนี้มีหน้าที่รับผิดชอบในการพูดของมนุษย์ นั่นก็คือสำหรับคุณลักษณะพิเศษอันเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของมนุษย์ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ยีนนี้เป็นยีนอนุรักษ์นิยมมาก ตัวอย่างเช่น ยีน FOXP2 ของหนูแตกต่างจากยีนของลิงด้วยการทดแทนกรดอะมิโนเพียงตัวเดียว และยีน FOXP2 เวอร์ชันของมนุษย์นั้นแตกต่างจากยีนชิมแปนซีที่คล้ายกันในการทดแทนกรดอะมิโนสองตัว นี่แสดงถึงวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วของยีน FOXP2 ในเชื้อสายของมนุษย์ สันนิษฐานว่าการเลือกขับรถกระทำไปในทิศทางของการปรับปรุงการทำงานของยีนเฉพาะนี้และเป็นผลให้บุคคลได้รับความสามารถในการพูดชัดแจ้ง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจว่านักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจกับการวิจัยยีนนี้มากเพียงใด

งานก่อนหน้านี้ได้ระบุโรคจำนวนหนึ่งที่เกิดจากการกลายพันธุ์ในยีน FOXP2; โรคเหล่านี้แสดงออกมาในความบกพร่องในการพูดและโครงสร้างของบริเวณกะโหลกศีรษะและใบหน้าตลอดจนความพิการทางจิต จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่ายีน FOXP2 เกี่ยวข้องกับคำพูด การศึกษาที่โดดเด่นเกี่ยวกับหน้าที่ของ FOXP2 ดำเนินการโดย Wolfgang Enard และเพื่อนร่วมงานที่สถาบัน Max Planck (เมืองไลพ์ซิก ประเทศเยอรมนี) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้เพาะพันธุ์หนูดัดแปลงพันธุกรรมที่มี FOXP2 ของมนุษย์ หนูดัดแปรพันธุกรรมเติบโตได้ค่อนข้างแข็งแรง แม้ว่าจะแตกต่างจากหนูปกติในบางด้านก็ตาม ท่ามกลางความแตกต่างหลักๆ ผู้เขียนศึกษาอ้างถึงความยาวของเดนไดรต์และพลาสติกซินแนปติกที่เพิ่มขึ้นในปมประสาทฐานหรือปมประสาทของสมอง ระดับโดปามีนลดลง กิจกรรมการสำรวจลดลง และเสียงลดลง

การศึกษาใหม่โดยผู้เชี่ยวชาญชาวอเมริกันจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในลอสแอนเจลิส ศูนย์วิจัยไพรมาโทวิทยาแห่งชาติ Yerkes และภาควิชาพยาธิวิทยาและการแพทย์ที่มหาวิทยาลัยเอมอรี (แอตแลนตา) แสดงให้เห็นว่าการเชื่อมต่อและหน้าที่ของยีน FOXP2 มีความหลากหลายเพียงใด เห็นได้ชัดว่าไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการก่อตัวของคำพูดที่ชัดเจน แต่มุ่งเป้าไปที่การประสานยีนและโปรตีนทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาและการทำงานปกติของสมอง

งานนี้อิงจากเทคนิคทางชีวเคมีและพันธุกรรมต่างๆ ที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อระบุความแตกต่างในองค์ประกอบของยีนและโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการแสดงออกของ FOXP2 ในมนุษย์และลิงชิมแปนซี ประการแรก การเพาะเลี้ยงสารตั้งต้นของเซลล์ประสาทได้รับการเพาะพันธุ์แบบดัดแปลงพันธุกรรม โดยแทนที่ FOXP2 ของมนุษย์ อะนาล็อกของชิมแปนซีที่มีการแทนที่กรดอะมิโนสองตัวจะทำงานสอดคล้องกัน ต่อไปเราเปรียบเทียบการแสดงออกของยีนทั้งหมด (!) ในเซลล์ปกติและเซลล์ดัดแปลงพันธุกรรม เป็นที่ชัดเจนว่าความแตกต่างในการแสดงออกของยีนในทั้งสองวัฒนธรรมในกรณีนี้ควรนำมาประกอบกับความแตกต่างในการทำงานของยีน FOXP2 เท่านั้น (โดยธรรมชาติแล้วนักวิจัยมีการทำซ้ำการดัดแปลงพันธุกรรมหลายครั้งเพื่อกำจัดสถิติ)

โดยทั่วไปแล้ว ชิมแปนซีน FOXP2 มีการผลิตอย่างแข็งขันมากกว่า กล่าวคือ มีอยู่ในเซลล์มากกว่า FOXP2 ของมนุษย์ นอกจากนี้ยังพบว่าในวัฒนธรรมที่มีชิมแปนซีนและ FOXP2 ของมนุษย์ การแสดงออกของยีน 116 ยีนแตกต่างกัน โดยในตัวแปรของมนุษย์ 61 ยีนแสดงการแสดงออกที่เพิ่มขึ้น และ 55 ยีนแสดงการแสดงออกที่ลดลง ยีนเหล่านี้บางส่วนเป็นยีนเป้าหมายโดยตรงของ FOXP2 ซึ่งหมายความว่า FOXP2 ผูกกับโปรโมเตอร์ของยีนเหล่านี้โดยตรง สำหรับรายอื่นๆ FOXP2 ถือเป็นหน่วยงานกำกับดูแลทางอ้อม ซึ่งทำหน้าที่ทางอ้อมผ่านหน่วยงานกำกับดูแลอื่นๆ แท้จริงแล้ว โปรโมเตอร์ของยีนที่เลือกบางตัวจากอาเรย์นี้มีความสัมพันธ์ที่แตกต่างกันกับมนุษย์และชิมแปนซี FOXP2 (การทดลองในส่วนนี้ดำเนินการโดยใช้อิมมูโนแอสเสย์ที่มีโปรตีนเรืองแสง)

จากการวิเคราะห์โครงสร้างของยีนแต่ละตัวและอิทธิพลซึ่งกันและกัน นักวิทยาศาสตร์ได้รับแผนภาพของการเชื่อมต่อทางพันธุกรรมทั้งหมด (ดูแผนภาพด้านล่างจากบทความที่กำลังสนทนา) โครงการนี้รวมถึงยีนที่เปลี่ยนแปลงการทำงานขึ้นอยู่กับการดัดแปลง FOXP2 นอกจากนี้ยังได้รับยีนอีกชุดหนึ่งซึ่งเชื่อมโยงกับ FOXP2 ด้วย แต่ทำงานเหมือนกันกับการดัดแปลงทั้งสองของยีนนี้

ก่อนหน้านี้ยีน DLX5 และ SYT4 ซึ่งเป็นโหนดที่สำคัญในวงจรนี้เคยถูกแสดงเพื่อควบคุมการพัฒนาสมองและการทำงานตามปกติ ตอนนี้เป็นที่ชัดเจนว่ายีนเหล่านี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของเครือข่ายการกำกับดูแลทั้งหมด น้ำตกตามกฎระเบียบนี้รวมถึงยีนบางชนิด การกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดโรคทางพันธุกรรมที่รุนแรง ซึ่งรวมถึงยีน PPP2R2B (ดูด้านล่างขวาในแผนภาพ เหนือยีน EBF3) ข้อบกพร่องที่นำไปสู่รูปแบบพิเศษของการสูญเสียสมองน้อย อาการของโรคนี้คือความผิดปกติของคำพูด

นอกจากนี้ในโครงการนี้ยังมียีนที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว เช่นเดียวกับ FOXP2 ยีนเหล่านี้รวมถึงยีน AMT ความแตกต่างในลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนนี้จากคู่ของลิงมีความสำคัญมาก สันนิษฐานได้ว่ามีวิวัฒนาการแบบเร่งคอนจูเกตของส่วนที่คัดเลือกของน้ำตกนี้ ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการทำงานของสมอง "ของมนุษย์"

ผลลัพธ์ทั้งหมดนี้ได้มาจากการเพาะเลี้ยงสารตั้งต้นของเซลล์ประสาท แต่ไม่ใช่ในเซลล์ที่เจริญเต็มที่ของผู้ใหญ่ เป็นที่ชัดเจนว่าในเซลล์ "ผู้ใหญ่" ซึ่งใช้งานได้จริงในคนที่พูดได้ โปรตีนที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงสามารถแสดงออกมาได้ภายใต้การแนะนำของน้ำตกตามกฎระเบียบที่แตกต่างกัน นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าจะมีการคัดค้านที่ชัดเจนนี้จึงได้ทำการวิจัยเพิ่มเติม พวกเขาประเมินการแสดงออกของยีนในเนื้อเยื่อจากบริเวณสมองต่างๆ ของมนุษย์และชิมแปนซีที่โตเต็มวัย และเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ที่ได้จากการเพาะเลี้ยงเซลล์ที่สอดคล้องกัน (การเพาะเลี้ยงเซลล์ที่มียีนชิมแปนซีถูกเปรียบเทียบกับสมองของลิงชิมแปนซีที่โตเต็มวัย และเปรียบเทียบวัฒนธรรมกับยีนของมนุษย์ กับสมองของมนุษย์) ปรากฎว่ารูปแบบการแสดงออกของยีนในการเพาะเลี้ยงเซลล์มีความคล้ายคลึงอย่างมากกับรูปแบบในเนื้อเยื่อของสมอง "ผู้ใหญ่" ความคล้ายคลึงกันนั้นสูงสำหรับทั้งเซลล์ของมนุษย์และเซลล์ที่มียีนชิมแปนซี

งานวิจัยที่ดำเนินการยืนยันอีกครั้งว่าความแตกต่างระหว่างมนุษย์และลิงไม่สามารถอธิบายได้ด้วยความแตกต่างในลำดับการเข้ารหัสโปรตีนเท่านั้น ลักษณะ "ของมนุษย์" ที่สำคัญที่สุด รวมถึงลักษณะที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของสมอง เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงในกฎระเบียบและความแตกต่างเชิงปริมาณในการแสดงออกของยีน ปัจจัยด้านกฎระเบียบที่สำคัญที่สุดที่เปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนที่ซับซ้อนทั้งหมดคือยีน FOXP2 หน้าที่หลายอย่างของตัวควบคุมยีนนี้คือการควบคุมกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับการสร้างคำพูด แม้ว่ายีน FOXP2 จะมีชื่อเสียงในฐานะผู้นำด้านการพูด แต่ยีน FOXP2 ก็ยังทำหน้าที่อื่นๆ ที่สำคัญไม่แพ้กันในเซลล์สมองอีกด้วย