多巴胺系统基因多态性与工作记忆的脑网络的关系研究

Working memory(WM) is an essential part of human advanced cognitive function. However, there are two main unresolved issues in studying the genetic and neural mechanisms of WM. ① Although the accumulating effect of whole dopamine system genes on WM has been studied, the related neural mechanisms, especially in brain networks remain unclear. ② Previous studies have not addressed the effect of genetic variation on brain networks and WM. The current study will explore the association between genetic variation in dopamine systems and WM related networks, and the moderation effect of gene polymorphisms on brain networks and WM. This research will be helpful in revealing the genetic and neural mechanisms of WM, and to develop a valid method to improve the efficiency in the study and education. It also has important implication in the prevention, diagnosis and treatment of some neurological and psychiatric disease related to WM impairment. The investigator of current study has research experiences on working memory, brain imaging and molecular genetic studies and has two SCI research papers published or accepted as the first author, and two SCI papers published or accepted as second author(totally 17 SCI papers), which will ensure the accomplishment of the current research project.

工作记忆是人类最重要的高级认知功能之一，然而其基因和脑机制的研究还存在两个主要问题。一是已有研究发现了多巴胺系统基因对工作记忆的整体作用，但背后的神经机制，特别是脑网络工作机制尚不清楚。二是尚没有研究综合考察基因在脑网络与工作记忆之间的作用。因此本项目将采用工作记忆任务、磁共振成像技术和基因测查技术，重点考察多巴胺系统多基因对工作记忆相关脑网络的影响，以及基因在脑网络与工作记忆中的调节作用。本项目的完成将有助于揭示工作记忆的遗传和神经机制，还有助于开发出有效的方法来提高学习和教育的效率，对工作记忆障碍相关的神经和精神疾病的预防、诊断和治疗也具有重要意义。申请人具有工作记忆行为研究、脑成像研究和分子遗传学研究基础，以第一作者发表或已接收SCI论文2篇，以第2作者发表或已接收SCI论文2篇（署名共17篇），这些研究经验将保证本项目的顺利实行。

工作记忆是人类高级认知功能的核心，理解工作记忆的遗传和神经机制对理解学习、计划、推理等高级认知功能，以及揭示精神分裂症等疾病的病因和影响机制具有重要意义。本项目采集了健康成年人的基因、脑成像和行为数据，发展了“多基因的整体作用”的算法，计算出神经递质系统基因对皮层下杏仁核体积的整体贡献，为以往单基因的微效作用和行为遗传学研究揭示的较高遗传率之间，建立了一座桥梁。进一步的，为明确了基因、脑、行为之间的作用关系，我们以多巴胺β强化酶基因为例，发现多巴胺β羟化酶基因rs7040170多态与左侧脑岛的表面积、NS得分分别相关，并且脑岛结构可以部分中介多巴胺β羟化酶基因与NS特质的相关关系，提示了该基因通过脑进而作用于行为的作用通路。最后，我们选取了工作记忆的候选基因RAB2A基因，探讨了该基因多态与工作记忆的脑内表型的关系，发现RAB2A基因AGCAAA单体型表现出的工作记忆成绩更高，左侧额下回皮层厚度更厚，左侧额下回-左侧被外侧前额叶之间的功能连接更低。该研究可能为今后研究基因对工作记忆的作用的神经机制提供新的见解。上述研究成果分别从算法、基因作用通路方面探索了基因-脑-工作记忆的相关关系，发展了工作记忆的遗传研究中的稳定的脑内表型，有望服务于其它相关的高级认知功能及精神疾病的研究中。