一个孩子的谱系特征,通常要到一两岁之后才会被身边的大人注意到。但如果追问这些差异是从什么时候开始的,基因表达数据把时间指向了出生之前——孕中期。
先解释基因表达:指基因被细胞“读取”、进而生产出RNA和蛋白质的过程。同一套基因,在不同组织、不同时间被读取的组合完全不同,所以表达有严格的时间表和地点表。科学家依靠人类脑组织的基因表达图谱,可以查出任何一个基因在哪个脑区、哪个发育阶段最活跃。
2013年发表的一项研究把这种查询用在了谱系上。研究团队选出9个高置信度的谱系相关基因——它们各自被发现携带多个新发的功能丧失变异——再结合另外122个可能相关的基因,追踪它们在发育中的人脑里何时何地“协同上班”。答案集中得出乎意料:时间落在孕10—19周与13—24周这两个相互重叠的孕中期窗口;地点是前额叶皮层与初级运动—体感皮层;细胞类型则是皮层深层(第5、6层)的谷氨酸能投射神经元——负责把兴奋性信号送往远处脑区的神经元。研究中的“前额叶”并不是一个笼统说法,而是覆盖了内侧、背侧、腹侧和眶部前额叶等多个具体分区。
孕中期正是大脑皮层的建造高峰。神经元大量生成,随后进行神经元迁移——新生的神经元从“出生地”一路爬向皮层中属于自己的位置,再按先来后到排成六层结构。该研究还指出,这批深层投射神经元是皮层中最早开始建立突触连接的神经元之一,正因为动工早、任务重,它们对基因层面的扰动格外敏感。
这解释了一个耐人寻味的时间差:谱系的发育起点,远早于行为特征的显现。社交和语言要等到出生后逐渐展开才看得见,而相关基因最繁忙的时段,是在出生前大脑搭建基本结构的那些日子。这也意味着,谱系不是出生后谁做错了什么的结果,而是大脑构建期发育路径的差异。这项研究的思路此后被反复采用:先由遗传学锁定基因,再让表达图谱回答“何时、何地、哪种细胞”。理解这份时间表,能帮科学家把研究聚焦到正确的时间窗口和细胞类型,也帮助我们更准确地理解谱系:它从一开始,就是大脑发育的一种方式。
