谱系的遗传通常牵涉许多基因，每个只贡献一小份。但也有少数例外：一个基因出问题，就带来一整套包括谱系特征在内的表现。科学家称之为”单基因综合征”——由单个基因的变异引起、多种特征成套出现的情况。其中研究最深入的两个，是脆性X综合征和Rett综合征。
脆性X综合征源于X染色体上的FMR1基因。据美国国家人类基因组研究所介绍，这个基因里有一段”CGG”三个字母的重复序列，一般人重复5到40次；当重复超过200次，基因就会被细胞关闭，无法再生产它编码的蛋白质FMRP。这种情况大约影响四千分之一的男性和八千分之一的女性——男性更常见，也往往受影响更明显，因为男性只有一条X染色体，没有第二份FMR1可以补位。FMRP的工作岗位在突触——神经元之间传递信号的接口。它像一位节制的编辑，控制着突触处蛋白质翻译的节奏；翻译，就是把遗传指令转化成蛋白质的过程。失去它，突触的蛋白质生产失去调控，神经元之间的连接方式随之改变。脆性X综合征人士中，一部分同时具有自闭症谱系特征。
Rett综合征则指向另一类分子机器。它主要源于MECP2基因的变异，多见于女孩；和FMR1一样，这个基因也位于X染色体上。MECP2蛋白的角色像总开关的管理员：它读取DNA上的化学标记，决定成百上千个基因在神经元里的开与关。它一旦失灵，影响的不是某一个零件，而是整张基因表达的调度表——神经元虽然还在，却像一支收不到乐谱的乐队。
这两个综合征在谱系人群中只占一小部分，却给神经科学开了两扇难得的窗。谱系的遗传通常由许多基因合力促成，很难在实验室里逐一拆解；而单基因综合征起因明确，科学家可以从一个确定的起点出发，在细胞和动物模型里追踪一个基因的改变如何一步步改写突触和神经回路，再回头对照人的发育轨迹。耐人寻味的是，这两条线索最终指向的，正是大规模测序研究在几百个谱系相关基因中反复看到的两大主题——突触功能与基因表达调控。罕见综合征照亮的，是所有大脑共同的发育原理。
