龚高浪研究组揭示左右脑白质纤维连接的遗传关联规律
2020年8月14日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室的龚高浪研究组在国际知名神经科学杂志Cerebral Cortex在线发表了题为 “Interhemispheric relationship of genetic influence on human brain connectivity ” 的研究论文。该论文利用双生子和家系人群的弥散磁共振脑影像数据，从遗传度(heritability)相似性和遗传相关性(genetic correlation)两个角度，揭示了左右侧同源脑白质连接的遗传关联规律。
众所周知，左右半脑之间高度相似，但也存在多个维度的不对称性，这是人脑结构与功能的重要规律之一。已有研究表明，大脑白质纤维连接呈现显著的左右脑不对称性，但相关研究主要聚焦于特定脑白质连接表型的不对称性规律，对于左右脑白质连接在遗传方面的关联规律尚不清楚，揭示相关规律将有助于理解左右半脑白质连接不对称性的起源与形成机制。
（图一） 左右半脑白质连接的遗传度
鉴于此，该研究利用国际人脑连接组计划(HCP)的双生子及家系被试，采用先进的弥散磁共振纤维追踪技术，提取出每名被试半脑内区域水平的白质连接；利用AE模型估计左右半脑内白质连接的遗传度及左右半脑同源白质连接的遗传相关性。在遗传度方面的分析表明：人脑左右半球的同源白质连接具有高度相似和耦合的遗传度模式，未发现存在遗传度显著差异的左右脑同源白质连接（图一）；相比于大脑皮层间的白质连接，皮下核团的白质连接具有更高的遗传度；相比于短距离的白质连接，长距离的白质纤维具有更高的遗传度（图二）。在遗传相关性方面的结果表明：左右脑同源白质连接的遗传因子呈现完全重叠、部分重叠及完全不重叠的多样化模式；相比于大脑皮层间的白质连接，皮下核团的左右脑同源白质连接的遗传因子呈现出完全重叠的几率更高；相比于短距离的白质连接，长距离的白质纤维具有更强的半脑间遗传相关性（图二）。大量的验证性分析表明，这些研究结果具有高度可重复性。
（图二）左右半脑白质连接的遗传度及遗传相关性的距离效应
该研究首次揭示了大脑左右半球白质连接的遗传关联规律，为理解健康和疾病状态下白质连接不对称性及共性的遗传发生机制提供了重要线索，并为探索人脑左右半球的遗传关联规律提供了新的研究范式。
该论文的第一作者为仲苏玉博士（龚高浪课题组博士后）和魏珑博士（山东建筑大学），龚高浪教授为论文通讯作者，外单位合作作者包括北京师范大学系统科学学院的狄增如教授、荷兰奈梅亨马普心理语言学研究所的Clyde Francks教授。该研究得到了国家自然科学基金委、北京师范大学等单位的经费支持。
论文信息：
S. Zhong#, L. Wei#, C. Zhao, L. Yang, Z. Di, C. Francks, G. Gong* (2020) Interhemispheric Relationship of Genetic Influence on Human Brain Connectivity. Cerebral Cortex, in press. DOI: https://doi.org/10.1093/cercor/bhaa207
