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环境干预对小鼠同卵和异卵双胞胎间一般认知能力的遗传性和可塑造性的影响。

The impact of environmental interventions among mouse siblings on the heritability and malleability of general cognitive ability.

机构信息

Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, Solnavägen 9, Solna 171 65, Sweden.

Department of Psychology, Rutgers University, 152 Frelinghuysen Road, Piscataway, NJ 08854, USA.

出版信息

Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2018 Sep 26;373(1756). doi: 10.1098/rstb.2017.0289.

Abstract

General cognitive ability can be highly heritable in some species, but at the same time, is very malleable. This apparent paradox could potentially be explained by gene-environment interactions and correlations that remain hidden due to experimental limitations on human research and blind spots in animal research. Here, we shed light on this issue by combining the design of a sibling study with an environmental intervention administered to laboratory mice. The analysis included 58 litters of four full-sibling genetically heterogeneous CD-1 male mice, for a total of 232 mice. We separated the mice into two subsets of siblings: a control group (maintained in standard laboratory conditions) and an environmental-enrichment group (which had access to continuous physical exercise and daily exposure to novel environments). We found that general cognitive ability in mice has substantial heritability (24% for all mice) and is also malleable. The mice that experienced the enriched environment had a mean intelligence score that was 0.44 standard deviations higher than their siblings in the control group (equivalent to gains of 6.6 IQ points in humans). We also found that the estimate of heritability changed between groups (55% in the control group compared with non-significant 15% in the enrichment group), analogous to findings in humans across socio-economic status. Unexpectedly, no evidence of gene-environment interaction was detected, and so the change in heritability might be best explained by higher environmental variance in the enrichment group. Our findings, as well as the 'sibling intervention procedure' for mice, may be valuable to future research on the heritability, mechanisms and evolution of cognition.This article is part of the theme issue 'Causes and consequences of individual differences in cognitive abilities'.

摘要

一般认知能力在某些物种中具有高度遗传性,但同时也具有很强的可塑性。这种明显的悖论可能可以通过基因-环境相互作用和相关性来解释,而这些相互作用和相关性由于人类研究的实验限制和动物研究的盲点而仍然隐藏着。在这里,我们通过将兄弟姐妹研究的设计与对实验室小鼠进行的环境干预相结合,来阐明这个问题。该分析包括 58 窝四对全同胞遗传异质性 CD-1 雄性小鼠,共 232 只小鼠。我们将小鼠分为两组:一组为对照组(维持在标准实验室条件下),另一组为环境丰富组(有机会进行持续的体育锻炼和每天接触新环境)。我们发现,小鼠的一般认知能力具有很大的遗传性(所有小鼠的遗传率为 24%),而且也是可塑的。经历过丰富环境的小鼠的平均智力评分比对照组的兄弟姐妹高 0.44 个标准差(相当于人类智商提高了 6.6 分)。我们还发现,遗传率的估计在两组之间发生了变化(对照组为 55%,而丰富组则不显著,为 15%),类似于人类在社会经济地位方面的发现。出乎意料的是,没有发现基因-环境相互作用的证据,因此遗传率的变化最好用丰富组环境方差的增加来解释。我们的发现,以及用于小鼠的“兄弟姐妹干预程序”,可能对未来关于认知能力的遗传性、机制和进化的研究具有重要价值。本文是“认知能力个体差异的原因和后果”主题特刊的一部分。

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