行動遺伝学

ウィキペディア

行動遺伝学

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/01/09 02:14 UTC 版)

行動遺伝学（こうどういでんがく、英: Behavioural genetics）とは、行動における個人差の本質と起源を調査するために遺伝学的手法を用いる科学的研究分野である。 「行動遺伝学」という名称は遺伝的影響に焦点を当てていることを示唆しているが、この分野では、遺伝的要因と環境的要因が個人差にどの程度影響を与えているのか、また、遺伝子と環境の交絡を取り除くことができる研究デザイン（英語版）の開発を広く研究している。行動遺伝学は、19世紀後半にフランシス・ゴルトンによって科学的分野（英語版）として設立されたが、第二次世界大戦の前後に優生学運動と関連付けられたことで信用を失った。20世紀後半になると、この分野は、人間の行動と精神疾患の遺伝に関する研究（典型的には双生児と家族の研究（英語版）を使用）、および選択的交配と交配による遺伝的に有益なモデル生物の研究によって、再び注目されるようになった。20世紀後半から21世紀初頭にかけて、分子遺伝学の技術的進歩により、ゲノムを直接測定し、修飾することが可能になった。これにより、モデル生物の研究（例えばノックアウトマウス）や人間の研究（例えばゲノムワイド関連研究）で大きな進歩があり、新しい科学的発見につながった。

行動遺伝学研究の知見は、行動に対する遺伝的および環境的影響の役割に関する現代の理解に広く影響を与えている。これには、研究されたほとんどすべての行動が、かなりの程度の遺伝的影響を受けているという証拠や、その影響は個人が成人になるにつれて増加する傾向があるという証拠が含まれる。さらに、研究された人間の行動のほとんどは、非常に多数の遺伝子の影響を受けており、これらの遺伝子の個々の影響（英語版）は非常に小さい。環境的影響も強い役割を果たしているが、それらは家族を互いに似ているようにするのではなく、互いに異なるようにする傾向がある。

歴史

小麦と家畜を持つ農民 - 紀元前1422年の古代エジプトの芸術は家畜化された動物を表現している。

選択的育種と動物の家畜化は、行動の個人差が自然な原因によるものかもしれないという考えを人類が持っていた最も古い証拠かもしれない^[1]。プラトンとアリストテレスはそれぞれ、行動特性の遺伝の基礎とメカニズムについて推測した^[2]。例えば、プラトンは、『国家』の中で、理想的な社会の追求において、ある特性の発達を奨励し、他の特性を阻止するために、市民の間で選択的育種を奨励すべきであると論じたが、今日では優生学と呼ばれるかもしれない^[2][3]。行動遺伝学の概念は、イギリス・ルネサンス（英語版）の時代にも存在しており、ウィリアム・シェイクスピアがテンペストの中で、「生まれか育ちか（英語版）」という言葉を初めて作ったのかもしれない。そこでは、第4幕第1場で、キャリバンについて、「悪魔だ、生まれついての悪魔だ、その本性に教育は決して染みつかない」と書いている^[3][4]。

現代の行動遺伝学は、19世紀の知識人でチャールズ・ダーウィンのいとこであるサー・フランシス・ゴルトンから始まった^[3]。ゴルトンは博学者であり、人間の能力と精神的特性の遺伝を含む多くの分野を研究した。ゴルトンの研究の1つは、イギリスの上流階級における社会的・知的達成度に関する大規模な系図研究であった。1869年、ダーウィンの種の起源から10年後、ゴルトンはHereditary Genius誌でその結果を発表した^[5]。この研究で、ゴルトンは、「著名人」の割合は著名人の近親者の間で最も高く、著名人との関係の度合いが減少するにつれて減少することを発見した。ゴルトンは、著名さに対する環境的影響の役割を否定できなかったが（このことは彼自身が認めていた）、この研究は、行動特性に対する遺伝と環境の相対的役割（英語版）についての重要な議論のきっかけとなった。ゴルトンは、自身の研究を通じて、「多変量解析を導入し、現代のベイズ統計学への道を開いた」のであり、これは科学全体で使用されている—「統計学の啓蒙」と呼ばれるものを開始したのである^[6]。

ゴルトン

ゴルトンによって設立された行動遺伝学の分野は、最終的に、ゴルトンの知的貢献のもう1つである、20世紀社会における優生学運動の設立によって弱体化された^[3]。優生学の主な考え方は、選択的育種と行動の遺伝に関する知識を組み合わせて、人類を改良することであった^[3]。優生学運動は、その後、ナチス・ドイツにおける科学的な腐敗と大量虐殺行為（英語版）によって信用を失った。行動遺伝学は、優生学との関連性から信用を失った^[3]。この分野は、カルビン・S・ホール（英語版）の1951年の行動遺伝学に関する本の章など、行動遺伝学に関する初期のテキストの出版を通じて、再び独立した科学分野としての地位を得た。この章で彼は、1960年代から1970年代にかけてある程度の人気を博した「精神遺伝学」という用語を導入した^[7][8][9]。しかし、最終的には「行動遺伝学」という用語に取って代わられた。

行動遺伝学が明確な分野として始まったのは、1960年にジョン・L・フラー（英語版）とウィリアム・ロバート（ボブ）・トンプソンによって Behavior Genetics という本が出版されたことによって示された^[1][10]。現在では、動物や人間の行動の多く、あるいはほとんどが、重要な遺伝的影響を受けていることが広く認められているが、特定の形質に対する遺伝的影響の程度は大きく異なる可能性がある^[11][12]。それから10年後の1970年2月、Behavior Genetics（英語版）誌の第1号が発行され、1972年には行動遺伝学会（英語版）が設立され、テオドシウス・ドブジャンスキーが初代会長に選出された。その後、この分野は成長し、多様化し、多くの科学分野に影響を与えている^[3][13]。

方法

行動遺伝学の主な目的は、行動における個人差の本質と起源を調査することである^[3]。行動遺伝学研究では、さまざまな方法論的アプローチが用いられているが^[14]、そのうちのいくつかを以下に概説する。

動物研究

この節の加筆が望まれています。 （2020年2月）

動物行動遺伝学の研究者は、環境要因を慎重に制御し、遺伝的変異を実験的に操作することができるため、ヒトの行動遺伝学（英語版）の研究では得られない程度の因果推論が可能である^[15]。動物研究では、選択実験がよく用いられる。例えば、実験室のハツカネズミは、オープンフィールド行動（英語版）^[16]、体温調節の巣作り本能（英語版）^[17]、自発的な回し車運動行動^[18]などについて選択交配されている。これらのデザインにおける一連の方法については、それぞれのページで説明されている。 モデル生物を用いる行動遺伝学者は、遺伝子を改変、挿入、または欠失させるために、様々な分子技術を用いる。これらの技術には、ノックアウト、フロキシング（英語版）、遺伝子ノックダウン、CRISPR-Cas9などの方法を用いたゲノム編集などがある^[19]。これらの技術により、行動遺伝学者は、モデル生物のゲノムにおいて異なるレベルの制御を可能にし、遺伝的変化の分子的、生理学的、または行動的な結果を評価することができる^[20]。行動遺伝学でモデル生物としてよく用いられる動物には、マウス^[21]、ゼブラフィッシュ^[22]、線形動物のカエノラブディティス・エレガンスなどがある^[23]。

機械学習と人工知能の発展により、研究者は複雑さと生成される大規模なデータセットを管理できる実験を設計できるようになり、ますます複雑な行動実験が可能になっている^[24]。

ヒト研究

→詳細は「人間行動遺伝学」を参照

→「遺伝率」および「量的遺伝学 § 血統分析」も参照

行動遺伝学研究で使用される研究デザインの一部は、双生児研究（英語版）や養子研究（英語版）を含む、家系デザイン（系図デザインとしても知られる）のバリエーションである^[14]。遺伝関係が既知の個人（例えば、親子、兄弟、二卵性双生児、一卵性双生児）の量的遺伝学（英語版）モデリングでは、個人間の表現型の違いに、遺伝子と環境がどの程度寄与しているかを推定することができる^[25]。

双生児研究と家族研究

→詳細は「双生児法」を参照

常染色体顕性遺伝のパターンを示す系図。行動遺伝学者は、系図研究（英語版）を用いて、行動の遺伝的および環境的基盤を調査してきた。

双生児研究の基本的な直感は、一卵性双生児は100%のゲノムを共有し、二卵性双生児は平均して50%の分離ゲノムを共有するということである。したがって、一卵性双生児ペアの2人の間の違いは、環境の違いによってのみ生じる可能性があるのに対し、二卵性双生児は、環境だけでなく遺伝子によっても異なる。この単純化されたモデルでは、二卵性双生児の方が一卵性双生児よりも異なる場合、それは遺伝的影響にのみ帰することができる。双生児モデルの重要な仮定は、等しい環境の仮定（英語版）であり^[26]、一卵性双生児は二卵性双生児と同じ共有環境体験を持つというものである。例えば、一卵性双生児が二卵性双生児よりも似たような経験をする傾向があり、これらの経験自体が遺伝子-環境相関（英語版）メカニズムを介して遺伝的に媒介されていない場合、一卵性双生児は二卵性双生児よりも互いに似ている傾向があり、その理由は遺伝子とは関係がない^[27]。一卵性双生児と二卵性双生児の双生児研究では、双生児の類似性に影響を与える要因を記述し、遺伝率を推定するために、生物測定学的定式化を用いる^[25][28]。この定式化は、表現型の分散が遺伝子と環境の2つの要因によるものであるという基本的な観察に基づいている。より正式には、${\displaystyle Var(P)=g+(g\times \epsilon )+\epsilon }$

この節の加筆が望まれています。 （2022年11月）

→「脳の進化 § 最近の進化の遺伝的要因」、および「神経遺伝学」も参照

様々な形質、IQ、言語関連のスキルが、どの程度遺伝の影響を受けている（英語版）かに関する研究結果^[30][31]

行動遺伝学は、ゲノム情報、神経学的情報（神経解剖学／神経イメージング（英語版）データなど）、行動情報（ライフスタイルや健康に関連する活動に関する調査データなど）を含むデータベースを使用・生成する。このようなデータベースは、ゲノムワイド関連解析（GWAS）に使用される。

測定された遺伝的変異

ヒトゲノム計画により、科学者はDNAヌクレオチドの配列を直接ジェノタイピングできるようになった^[32]。ジェノタイピングが行われると、遺伝的変異（英語版）と精神障害、認知能力、性格などの行動表現型との関連性（英語版）を検証できる^[33]。

• 候補遺伝子 一つの人気のあるアプローチは、行動表現型との関連性について候補遺伝子（英語版）を検証することであり、候補遺伝子は、行動形質や表現型の発現に関与する生物学的メカニズムに関する何らかの事前の（英語版）理論に基づいて選択される^[34]。一般に、このような研究は広く再現することが難しいことが証明されており^{[35][36][37][38]}、このタイプの研究では偽陽性率（英語版）が高いのではないかという懸念が示されている^[34][39]。
• ゲノムワイド関連解析 ゲノムワイド関連解析では、研究者はゲノム全体にわたる数百万の遺伝的多型と行動表現型との関係を検証する^[33]。この遺伝的関連解析へのアプローチは、表現型に関する特定の生物学的仮説に導かれることなく、大部分が理論に依存しない^[33]。行動形質や精神疾患に関する遺伝的関連の知見は、多くの小さな遺伝的効果を含む高度に多因子的であることが分かっている^{[40][41][42][43][44]}。

• SNP遺伝率と共遺伝率 最近、研究者は、一塩基多型（SNP）で測定された古典的に無関係な人々の間の類似性を用いて、ゲノムワイド複合形質解析（英語版）（GCTA）などのソフトウェアに実装された混合効果モデルを用いて、SNPでタグ付けされた遺伝的変異や共変異を推定し始めている^[45][46]。これを行うために、研究者は（通常は大きな）サンプル内のすべての個人間のすべてのSNPにおける平均的な遺伝的関連性を見出し、ヘイズマン-エルストン回帰（英語版）または制限付き最尤法（英語版）を用いて、SNPによって「タグ付け」または予測される遺伝的変異を推定する。表現型変異のうち、遺伝的関連性によって説明される割合は、「SNP遺伝率」と呼ばれている^[47]。直感的には、測定されたSNPにおける遺伝的類似性によって表現型の類似性が予測される程度に応じて、SNP遺伝率は増加し、測定されたSNPが（典型的には稀な）原因となるバリアントをタグ付けできない程度に応じて、真の狭義の遺伝率よりも低くなると予想される^[48]。この方法の価値は、双生児研究や家族研究と同じ仮定を必要としない遺伝率を推定する独立した方法であり、形質の変異の原因となるバリアントの対立遺伝子頻度スペクトル（英語版）に関する洞察を与えることである^[49]。

疑似実験デザイン

行動の遺伝的影響を理解するためではなく、行動に対する環境を介した影響を検証するために遺伝的影響を制御するために、いくつかの行動遺伝学的デザインは有用である^[50]。このような行動遺伝学的デザインは、自然実験のサブセットと見なすことができる^[51]。自然実験は、独立変数（英語版）に対してある程度の制御を提供することで、真の実験を模倣する自然発生的な状況を利用しようとする疑似実験（英語版）である。自然実験は、実際的または倫理的な制限から実験が実行不可能な場合に特に有用である^[51]。

観察研究（英語版）の一般的な限界は、遺伝子と環境の相対的影響が交絡していることである。この事実の単純な実証は、「環境」的影響の尺度が遺伝的であることである^[52]。したがって、環境的リスク要因と健康アウトカムとの間に相関が観察されたとしても、必ずしも環境が健康アウトカムに影響を与えていることの証拠にはならない。同様に、例えば親子間の行動伝達に関する観察研究（英語版）では、受動的な遺伝子-環境相関（英語版）の問題により、伝達が遺伝的影響によるものか環境的影響によるものかを知ることは不可能である^[51]。薬物を使用する親の子供が成人してから薬物を使用する可能性が高いという単純な観察では、子供が成長したときになぜ薬物を使用する可能性が高いのかを示すものではない。それは、子供が親の行動をモデリング（英語版）しているからかもしれない。同様に、子供が親から薬物使用を促進する遺伝子を受け継いだため、親の行動に関係なく、成人してから薬物を使用するリスクが高くなったのかもしれない。養育環境と遺伝的継承の相対的な影響を解明する養子研究では、養子における喫煙、アルコール、マリファナの使用に対する養育環境の影響は小さいか無視できる程度であると分かっているが^{[53][要非一次資料]}、ハードドラッグ（英語版）の使用に対する養育環境の影響はより大きいことが分かっている^{[54][要非一次資料]}。

他の行動遺伝学デザインには、不一致双生児研究^[50]、双生児の子供デザイン^[55]、メンデルランダム化（英語版）などがある^[56]。

一般的な知見

行動の本質と起源に関して、行動遺伝学研究から得られる幅広い結論は多数ある^[3][57]。3つの主要な結論は以下の通りである^[3]。

1. すべての行動形質と障害は遺伝子の影響を受ける
2. 環境的影響は、同じ家族のメンバーを似通ったものにするのではなく、むしろ異なるものにする傾向がある
3. 個人が年齢を重ねるにつれて、遺伝子の影響は相対的に重要性を増す傾向がある。

行動に対する遺伝的影響は広範である

研究されたすべての行動形質と障害が遺伝子の影響を受けている、つまり遺伝的であることは、複数の証拠から明らかである。最大の証拠源は双生児研究（英語版）であり、一卵性（同一）双生児は同性の二卵性（二人の）双生児よりも互いに類似していることが常に観察されている^[11][12]。

遺伝的影響が広範に及んでいるという結論は、双生児法の仮定に依存しない研究デザインでも観察されている。養子研究（英語版）では、養子は様々な形質や障害について、養親よりも生物学的親族の方によく似ていることが常に示されている^[3]。離れて育てられた双子のミネソタ研究（英語版）では、生まれてすぐに離ればなれになった一卵性双生児が成人期に再会した^[58]。これらの養子に出され、離れて育てられた双生児は、一般的な認知能力、人格、宗教的態度（英語版）、職業的興味など、幅広い尺度で一緒に育てられた双生児と同じくらい似ていた^[58]。ゲノムワイド遺伝子型判定を用いたアプローチにより、研究者は個人間の遺伝的関連性を測定し、何百万もの遺伝的変異に基づいて遺伝率を推定することができるようになった。名目上無関係な個人（近親者でも遠縁者でもない個人）間の遺伝的類似性（別名、関連性）の程度が表現型の類似性と関連しているかどうかを検証する方法が存在する^[46]。このような方法は、双生児研究や養子研究と同じ仮定に依存しておらず、行動形質や障害の遺伝性の証拠を日常的に見出している^[42][44][59]。

環境的影響の性質

研究された全てのヒトの行動表現型が遺伝子の影響を受けている（すなわち、遺伝的である）のと同様に、そのような表現型はすべて環境の影響も受けている^[11][57]。一卵性双生児が遺伝的に同一でありながら、精神障害で完全に一致したり、行動形質で完全に相関したりすることは決してないという基本的な事実は、環境がヒトの行動を形作ることを示している^[57]。

しかし、この環境的影響の性質は、同じ家族の個人をより似通ったものにするのではなく、互いにより異なったものにする傾向がある^[3]。つまり、ヒトの研究における共有環境効果（${\displaystyle c^{2}}$

双生児と養子における類似性は、人格における共有環境の役割が小さいことを示している。

この図は、パーソナリティ研究の例であり、双生児研究と養子研究が、ポジティブ感情性、ネガティブ感情性、制約を含む多次元人格質問紙（英語版）によって測定された幅広いパーソナリティ特性に対する共有環境の影響がゼロから小さいという結論に収束していることを示している^[61]。

研究されたすべての行動形質と精神障害が遺伝的であるという結論が出ていることを考えると、生物学的きょうだいは、養子のきょうだいよりも常にお互いに似ている傾向があるだろう。しかし、特に思春期に測定されたいくつかの形質については、養子のきょうだいはお互いにある程度の有意な類似性（例えば、0.20の相関）を示す。共有環境の影響が有意であることが示されている形質には、内在化および外在化障害（英語版）^[62]、物質使用^{[63][要非一次資料]} および依存症（英語版）^{[54][要非一次資料]}、 知能が含まれる^{[63][要非一次資料]}。

遺伝的影響の性質

ヒトの行動結果に対する遺伝的影響は、複数の方法で記述できる^[25]。その効果を記述する1つの方法は、行動の分散のうち、対立遺伝子が遺伝的変異でどの程度説明できるかという観点から、言い換えれば、決定係数または${\displaystyle R^{2}}$

ウィキメディア・コモンズには、行動遺伝学に関連するカテゴリがあります。