PNAS：语言基因Foxp2的关键作用

最近，来自麻省理工学院（MIT）和欧洲几所大学的研究人员证明，Foxp2基因的人类版本，能够使新体验更容易地转变成例行程序。当他们通过转基因技术使小鼠表达“人类化”的Foxp2，这些小鼠比正常小鼠更聪明，能够更快地学会走出迷宫。相关研究结果发表在最近的《PNAS》杂志。

　　

生物通报道：Foxp2基因（Forkhead box p2）即叉头框P2基因，是控制语言能力发展的基因。在人类，FOXP2基因位于第7对染色体上。它在许多其它具有复杂发声、及发声学习能力的动物，例如鸣禽中，也有发现。因此该基因发生突变会影响语言能力，同时它也是一个孤独症易感基因。

最近，来自麻省理工学院（MIT）和欧洲几所大学的研究人员证明，Foxp2基因的人类版本，能够使新体验更容易地转变成例行程序。当他们通过转基因技术使小鼠表达“人类化”的Foxp2，这些小鼠比正常小鼠更聪明，能够更快地学会走出迷宫。

本文资深作者、MIT麦戈文脑研究所成员、MIT教授Ann Graybiel称，这些研究结果表明，Foxp2可能有助于人类学习语言的关键组件——将某些经历（例如，当我们看到一杯水，听到 “玻璃杯”这个单词），转变为，自动把这个单词与外观和功能与玻璃杯类似的物体联系起来。

Graybiel说：“这个人类语言基因，可能与一种特殊的学习能力有关，这种学习能力会带我们必须做有意识的联系，以便根据我们周围的线索采取一种几乎自动的方式。”

相关研究结果发表在最近的《PNAS》杂志，德国路德维希-马克西米利安大学人类学和人类遗传学教授Wolfgang Enard，也是本文的资深作者。本文的主要作者还包括：麻省理工学院以前的访问研究生Christiane Schreiweis，马克斯普朗克进化人类研究所的Ulrich Bornschein。

所有的动物物种彼此之间都能互相交流，但是人类具有一种独特的能力，能够生成和理解语言。科学家认为，Foxp2等几个基因可能有助于这些语言技能的发展。该基因首次是在英国一个家族中被发现的，这个家族成员患有严重的说话和理解语言困难，研究人员发现他们携带突变的Foxp2基因。

在2009年，马克斯普朗克进化人类学研究所主任Svante Pääbo及其研究小组，利用转基因技术，使小鼠表达人类形式的Foxp2基因，这个基因编码的蛋白，与小鼠基因编码的蛋白仅有两个氨基酸的差异。他的研究小组发现，这些转基因小鼠纹状体（与习惯养成有关的大脑部分）中具有更长的树突——细长的延长，神经元用来彼此之间进行交流。它们还更好地形成新的突触——神经元之间的连接。

本文共同作者Pääb和纹状体专家Enard enlisted Graybiel，帮助研究替代Foxp2所产生的行为影响。他们发现，具有“人类化”Foxp2的小鼠，能够更好地学习走出迷宫，小鼠在迷宫中面对T字路口的时候，必须根据迷宫地板的纹理，决定是向左转还是右转，以获得食物奖励。

这种类型的学习，第一阶段需要使用陈述性记忆，或对事件和地点的记忆。随着时间的推移，这些记忆线索会嵌入习惯中，通过程序性记忆——常规任务（例如每天开车，或打网球）所必需的记忆类型——被编码。

利用另一种迷宫，称为十字迷宫，Schreiweis及其MIT同事能够检测小鼠每种类型记忆的能力，以及两种类型的相互作用。他们发现，当只需要一种记忆时，具有人类化Foxp2的小鼠，表现得跟正常小鼠一样，但是当学习任务需要它们将陈述性记忆转化为习惯例程时，它们的表现更为突出。因此，关键的发现是，人类化Foxp2记忆更容易把注意的行为转化为行为例程。

Foxp2产生的蛋白质是一种转录因子，这意味着它能够打开和关闭其他基因。在这项研究中，研究人员发现，Foxp2基因似乎能打开参与神经元之间突触连接的调控基因。他们还在一部分纹状体中发现了增强的多巴胺活性。此外，一些纹状体区域的神经元可能被更长时间的关闭，以响应长期激活——一种称为长时程抑制的现象，是学习新任务和形成记忆所必需的。

总之，研究人员相信，这些变化有助于以不同的方式“微调”大脑，使其适应言语能力和语言习得。他们正在进一步调查，Foxp2与其他基因如何相互作用，对学习和语言产生影响。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Humanized Foxp2 accelerates learning by enhancing transitions from declarative to procedural performance
Abstract：The acquisition of language and speech is uniquely human, but how genetic changes might have adapted the nervous system to this capacity is not well understood. Two human-specific amino acid substitutions in the transcription factor forkhead box P2 (FOXP2) are outstanding mechanistic candidates, as they could have been positively selected during human evolution and as FOXP2 is the sole gene to date firmly linked to speech and language development. When these two substitutions are introduced into the endogenous Foxp2 gene of mice (Foxp2hum), cortico-basal ganglia circuits are specifically affected. Here we demonstrate marked effects of this humanization of Foxp2 on learning and striatal neuroplasticity. Foxp2hum/hum mice learn stimulus–response associations faster than their WT littermates in situations in which declarative (i.e., place-based) and procedural (i.e., response-based) forms of learning could compete during transitions toward proceduralization of action sequences. Striatal districts known to be differently related to these two modes of learning are affected differently in the Foxp2hum/hum mice, as judged by measures of dopamine levels, gene expression patterns, and synaptic plasticity, including an NMDA receptor-dependent form of long-term depression. These findings raise the possibility that the humanized Foxp2 phenotype reflects a different tuning of corticostriatal systems involved in declarative and procedural learning, a capacity potentially contributing to adapting the human brain for speech and language acquisition.