学童基因对学习成绩的影响有多大

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儿童在学校的表现差异很大。近年来,研究者发现近三分之二的学习成绩差异可由儿童基因不同来解释。

基因能影响儿童在小学、义务教育最后阶段、甚至不同学科的学习成绩。

但是鲜为人知的是基因和环境因素如何在儿童整个学生时期影响其学习成绩。

为了对此进行研究,我们从参与英国双胞胎早期发展研究中的6000多对双胞胎中随机抽取一些双胞胎个案,分析他们从小学到义务教育最后阶段的考试成绩。新研究发现双胞胎的学习成绩非常稳定:小学学习成绩好的孩子通常普通中等教育证书(GCSE)考试(在义务教育最后阶段进行)也考得很好。

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Image caption 通过研究双胞胎,研究者们可以确定学习成绩多大程度上是由基因决定的。

用双胞胎进行研究可以估计出由基因来解释的行为差异比例。同卵双胞胎的基因100%相同,异卵双胞胎大约50%的基因相同,相当于普通亲生手足。如果同卵双胞胎之间的某些特性比异卵双胞胎更加相似,比如,学习成绩。我们可以由此推断该特性,即学习成绩是受到基因影响。如果双胞胎在小学和中学之间的标准化考试成绩都相近,由此我们可以测度该特征的遗传因素,或学童DNA序列差异影响的学习成绩差异比例。

经此研究,我们发现学习成绩稳定性70%是由基因决定的,25%是由于双胞胎相同的生长环境,比如在同一个家庭中长大、上同样的学校等。5%是由于不同的环境,比如不同的朋友或老师而决定。

如果双胞胎之间学习成绩发生变化,小学和初中间学习成绩或上升或下降,我们发现大多是双胞胎两人各自经历不同的环境因素造成的。

如果认为基因对儿童在校学习成绩稳定性的重大影响是由于智力因素也合情合理。但是我们发现基因还是最主要的原因,占到60%的因素,即使把智力因素算进去也如此。智力是通过双胞胎儿童和青少年时期参加的语言和非语言的测试来计算。

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Image caption 当双胞胎中的一个成绩上升或下降,研究者们发现主要是环境因素不同造成的,如不同的老师等。

类似的双胞胎研究估算能告诉我们大范围群体的行为特征,但最近的科学进步大多在揭示基因对个人的影响。通过全基因组关联分析(GWAS),研究基因差异与学习成绩的关联取得了巨大的成功。这些研究指出与某些特征相关的基因标记。然而,每个基因标记只能解释很小比例的(少于0.1%)的个体学习成绩差异。

最近有了更加有效的研究方法,即汇总全基因组关联分析发现的上千个基因标记,计算全基因组的“多基因遗传评分”。这个评分能更加准确地预测不相关的人的特征差异,比如学习成绩差异。

作为新研究的一部分,我们用之前全基因组关联分析研究建立一种学习成绩的多基因遗传评分系统。我们以此计算了6000对双胞胎每对中其中一个的分数(如此一来,在这个研究中每个人都是不相关的)。这个分数能预测他们在整个学校时期的学习表现,并能预测小学开始时有4%的学习成绩差异,以及通常普通中等教育证书考试10%的差异。我们的发现认证了我们第一部分双胞胎研究的结果,同样的基因差异能解释儿童在成长过程中各个阶段的学习成绩差异。

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Image caption 研究者说将来基因能够用来较早辨认出和帮助有学习困难的儿童。

由于发现基因能够影响儿童整个学生时期的学习成绩,我们更加需要尽早发现需要帮助的儿童,因为这些问题会在他们整个学生时期一直存在。

将来,利用多基因遗传评分系统,以及学生环境因素预测(比如接触某些社区,家庭和学校环境)这些工具,能够很早辨认出学习上有困难的儿童,继而能够给他们提供个性化学习课程。

比如,我们可以在孩子出生时做DNA测试,确定可能有阅读困难的孩子并给予其早期干预。因为早期的预防干预更有可能成功,多基因遗传评分系统的优势就在于孩子出生时和稍后阶段的预测都是一样准确,这对学习可能很困难的孩子尤其有帮助。

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