近年来，科学家们越来越关注一个问题：为什么出身于不同社会经济背景的孩子，其大脑发育和认知能力会有所不同？一项来自《Science Advances》的研究Gene-environment interactions in the influence of maternal education on adolescent neurodevelopment using ABCD study（母亲教育对青少年神经发育影响中的基因-环境相互作用）正是在探讨这个问题。
研究利用了青少年脑与认知发展（ABCD Study，Adolescent Brain Cognitive Development Study）的大量数据，发现母亲的受教育程度不仅与孩子的认知和心理健康有关，还会与孩子体内的基因共同影响大脑的发育。
ABCD研究（Adolescent Brain Cognitive Development Study）的样本量为11,780名儿童，年龄在9到10岁之间。这些儿童来自美国多个研究中心，数据包括了他们的基因信息、神经影像数据（主要是T1加权磁共振成像数据）以及家庭背景信息。
这项研究用大量数据揭示了一个重要现象：基因与环境并非独立运作，而是相互作用，共同决定了孩子的大脑发育。
一、为什么要探讨母亲的受教育程度？
在大多数家庭中，母亲往往扮演着主要的照料者（primary caregiver）角色。母亲通常花费更多时间陪伴孩子，直接影响孩子的日常生活、饮食、情绪调节和早期学习环境，这些都是大脑发育的重要影响因素。母亲的受教育程度被认为是衡量家庭社会经济地位（Socioeconomic Status, SES）的重要指标，会影响孩子的成长环境，例如营养、教育资源、家庭互动等。
母亲的受教育程度还反映了家庭的文化、价值观和教育理念，这些因素可能影响孩子的语言发展、思维模式和社会行为。探讨这种交互作用，有助于理解为什么同样的遗传背景在不同家庭环境下会产生不同的发展结果。
此外，在很多大型队列研究（例如ABCD研究）中，母亲的教育信息往往更为准确和完整。选择研究母亲而非父亲，并不是说父亲的作用不重要，而是因为在大部分情况下，母亲作为主要照料者对孩子的早期环境和日常生活产生了更直接、持续的影响，这在很多研究中已被证明与孩子的神经发育和未来的认知、情感表现密切相关。
二、过往研究发现了什么
既往研究揭示了母亲教育水平与大脑皮层表面积、灰质体积（GMV）的正相关关系。
灰质体积 (Gray Matter Volume)： 灰质主要由神经元的细胞体构成，是大脑中处理信息的关键区域。研究中通过测量灰质体积，科学家们评估了大脑结构的发育状况。
尤其是在孩子的认知表现和心理健康存在正相关关系：
母亲较高的受教育程度通常意味着家庭拥有更好的资源和支持，孩子的大脑发育可能更为完善，认知能力也更出色；
反之，母亲低受教育程度可能使孩子面临更多的逆境和环境压力，从而影响大脑结构和功能。
然而，这些现象背后的分子机制一直未能得到充分解释。科学家们开始思考：
是不是孩子体内的某些基因在不同的社会环境中发挥作用的方式不同，从而影响了大脑发育呢？
作者们希望通过识别具体的遗传位点和生物学途径，进一步理解母亲教育水平对大脑发育的影响机制；研究结果可能为制定改善青少年大脑发育的干预措施提供科学依据，特别是针对社会经济地位较低的家庭。
三、Science 级别的研究方法
研究使用了ABCD研究（青少年脑与认知发展）的数据，该项目是一项多中心、长期的队列研究，收集了大量青少年的神经影像学和基因数据。采用基因-环境全基因组交互分析 (Gene-Environment–Wide Interaction Study, GEWIS)方法，检测了单核苷酸多态性（SNP）与母亲受教育程度交互作用对青少年脑部灰质体积的影响。在控制了年龄、性别、扫描点以及总体脑容量等混杂因素后，研究发现某些基因位点的效应会因母亲受教育程度的不同而有所变化。
基因-环境交互作用 (Gene-Environment Interaction, G×E)： 指的是基因和环境因素相互影响，共同决定一个人的特征或发展结果。在这里，研究者考察的是孩子体内的遗传变异（基因）如何在不同的家庭社会经济环境下（例如母亲的受教育程度）产生不同的效果。
单核苷酸多态性 (SNP, Single Nucleotide Polymorphism)：SNP 是指基因组中单个核苷酸（DNA的基本构成单位）的变异。这种微小差异可能会影响基因的功能，从而影响个体的生理特征和发展过程。
通过将显著交互作用的SNP映射到相应基因，并利用多种生物信息学工具进行注释，研究发现这些基因主要参与了代谢过程、炎症反应和突触可塑性等关键生物学过程。
研究结果验证：IMAGEN研究（Imaging Genetics of Adolescents in Europe）来自欧洲多个国家，数据同样包括基因信息、神经影像数据以及家庭背景信息（样本量 2,082名青少年，年龄在14岁左右）；研究又采用在IMAGEN数据做了研究结果验证，相当于用欧洲的数据做了一次验算，显示出一致的效应方向和显著的相互作用；所有在ABCD研究中识别的显著基因-环境相互作用在IMAGEN研究中均显示出相同的方向效应，并且在元分析中显著性增强。
三、研究结果
母亲教育水平与大脑灰质体积的相关性：研究发现，母亲教育水平越高，青少年的大脑灰质体积（GMV）越大，特别是在中颞区、舌回、前中央区、下颞区和额极区。
基因-环境相互作用：通过将发现的SNP映射到相应的基因，识别了七个基因组位点，这些位点的基因与母亲教育水平相互作用显著影响区域灰质体积，研究者发现这些基因主要参与三个重要过程：
代谢过程 (Metabolic Process)：细胞能量转换和物质代谢，对神经元生长非常重要（rs2081046 位点与 CEBPA 基因相关，该基因参与葡萄糖和脂质代谢以及免疫调节）
炎症反应 (Inflammatory Process)：体内的免疫反应可能会影响大脑细胞的发育和维护（rs7372321 位点与 ADAMTS9-AS2 基因相关，该基因涉及突触活动）
突触可塑性 (Synaptic Plasticity)：指神经细胞（神经元）之间连接（突触）随经验和学习而发生变化的能力。这一过程对于记忆、学习以及大脑适应外界变化都至关重要（rs55829244 位点与 PTPRD 基因相关，该基因编码神经细胞粘附分子和突触特异性蛋白）
这些生物过程在神经元的分化、突触形成和信号传递中起着至关重要的作用。
社会经济地位的作用：研究还将母亲受教育程度这一指标进一步拆解，探讨究竟是家庭的整体社会经济地位（例如家庭收入、社区资源）还是家庭内部环境（如家庭关系、亲子互动）更为关键。结果显示，宏观层面的社会经济因素对基因效应的调节作用更为显著。
三、总结与启发
世间数百年旧家无非积德；天下第一件好事还是读书
这项研究用大量数据揭示了一个重要现象：基因与环境并非独立运作，而是相互作用，共同决定了孩子的大脑发育。这对科学研究而言，这种基因—环境交互作用的研究方法（GEWIS）为揭示复杂生物过程提供了新工具，也为未来在其他发育领域的研究奠定了基础。
这项研究强调了社会经济环境在青少年发展中的重要性，提示教育改革不能孤立地进行。提高家庭和社区的整体经济和教育水平，不仅能够改善学生的学术成绩，还可能从根本上促进其大脑健康和心理发展。因此，政府和相关机构在制定教育政策时，应将经济支持、社会福利和教育机会均等作为综合考虑的因素，共同推动社会的全面进步。
由于家庭的社会经济状况（例如家庭收入、社区资源）在调节大脑发育中的作用十分显著，这提醒我们教育政策和学校管理中应更加关注如何为来自低社会经济背景的学生提供额外支持。通过改善这些家庭的整体环境，例如提供更好的社区资源、加强家长教育培训、甚至通过校内外的补充教育项目，可以在一定程度上弥补这些学生在认知和学习上的劣势。
总之，该研究为我们提供了一个新的视角，即教育不仅仅是课堂教学和知识传授，还受到家庭和社会经济环境等多重因素的影响。认识并积极应对这些影响，可以为孩子创造更加公平和有利的学习环境，从而促进他们的全面健康发展。
