Научный анализ более 2000 сканирований мозга обнаружил доказательства воспроизводимых половых различий в объеме определенных областей человеческого мозга. Этот паттерн половых различий в объеме мозга соответствует паттернам экспрессии генов половых хромосом, наблюдаемым в посмертных образцах коры головного мозга, предполагая, что половые хромосомы могут играть роль в развитии или поддержании половых различий в анатомии мозга. Исследование, проведенное учеными из Национального института психического здоровья (NIMH), входящего в состав Национальных институтов здоровья, опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Более четкое понимание половых различий в организации человеческого мозга имеет большое значение для того, как мы думаем об устоявшихся половых различиях в познании, поведении и риске психических заболеваний. Мы были вдохновлены новыми выводами о половых различиях в моделях животных и хотели попытаться сократить разрыв между этими данными на животных и нашими моделями половых различий в человеческом мозгу," сказал Армин Разнахан, M.D., Ph.D., соавтор исследования и руководитель секции NIMH по нейрогеномике развития.
Исследователи давно наблюдали стойкие половые различия в подкорковых структурах мозга у мышей. Некоторые исследования предполагают, что эти анатомические различия в значительной степени связаны с действием половых гормонов, придающих вес телу "гонадоцентрический" объяснение половых различий в развитии мозга. Однако более поздние исследования на мышах выявили устойчивые половые различия в структурах коры головного мозга, а данные по экспрессии генов предполагают, что половые хромосомы могут играть роль в формировании этих анатомических половых различий. Хотя мозг мыши имеет много общего с мозгом человека, неясно, применимы ли эти ключевые результаты, полученные на мышах, к людям.
Чтобы изучить нейробиологические основы половых различий в человеческом мозгу, Разнахан, ведущий автор Сиюань Лю, доктор философии.D., и его коллеги впервые проанализировали данные нейровизуализации, собранные в рамках проекта Human Connectome Project (HCP). Данные, полученные от 976 здоровых взрослых людей в возрасте от 22 до 35 лет, выявили устойчивые половые различия в объеме определенных корковых структур. В среднем у женщин был относительно больший объем коры в медиальной и латеральной префронтальной коре, орбитофронтальной коре, верхней височной коре и латеральной теменной коре. У мужчин в среднем был относительно больший объем коры в вентрально-височных и затылочных областях, включая височный полюс, веретеновидную извилину и первичную зрительную кору.
Затем Лю и его коллеги использовали два взаимодополняющих подхода, чтобы определить воспроизводимость этих результатов. Сначала исследователи провели 1000 сравнений разделенных половин, случайным образом разделив набор данных HCP пополам и сравнив результаты в двух половинах. Результаты этих сравнений с разделением половин показали, что картина половых различий в объеме коры головного мозга была очень стабильной. Во-вторых, исследователи количественно оценили воспроизводимость результатов HCP в несвязанном наборе данных нейровизуализации из британского биобанка. Хотя наборы данных имели заметные демографические и методологические различия, исследователи обнаружили, что общая картина половых различий в объеме коры головного мозга была очень последовательной.
Затем Лю и соавторы связали свои анатомические данные с общедоступными картами экспрессии генов в головном мозге, которые основаны на 1317 посмертных образцах тканей от шести доноров-людей. Результаты показали, что пространственный паттерн половых различий в объеме коры был подобен пространственному паттерну экспрессии генов половых хромосом в коре головного мозга. В частности, области коры с относительно высокой экспрессией генов половых хромосом, как правило, имеют больший объем коры у мужчин, чем у женщин.
Это соответствие кортикальной экспрессии генов половых хромосом также согласуется с результатами более ранних исследований на мышах, предполагающими, что половые различия в анатомии мозга могут быть, по крайней мере частично, связаны с генетическими механизмами, которые сохранялись на протяжении всей эволюции млекопитающих. Эти данные свидетельствуют о том, что на половые различия в объеме коры могут влиять гены, расположенные в половых хромосомах X и Y.
"Мужчины и женщины различаются по многим генетическим факторам и факторам окружающей среды, которые потенциально могут влиять на развитие мозга. Поскольку экспериментировать на людях сложно, мы часто полагаемся на данные наблюдений, чтобы сделать вывод о потенциальных генетических факторах или факторах окружающей среды, влияющих на половые различия мозга," сказал Разнахан. "Тот факт, что мы наблюдали очень высокий уровень воспроизводимости анатомических половых различий в разных группах мужчин и женщин, а также связь между этими различиями и экспрессией генов половых хромосом, предполагает, что эти различия, вероятно, в первую очередь не являются результатом только воздействия окружающей среды."
Исследователи также сравнили анатомические данные с данными более чем 11000 исследований функциональной нейровизуализации. Результаты показали пространственное перекрытие между областями мозга, которые показали различия в объеме коры головного мозга по признаку пола в наборе данных HCP, и областями мозга, связанными с обработкой лиц в функциональных исследованиях нейровизуализации.
Взятые вместе, эти результаты проливают свет на механизмы, которые могут способствовать половым различиям в анатомии мозга, и указывают на генетические факторы, которые могут способствовать половым различиям в заболеваниях и поведении мозга. Используя эти корреляционные результаты в качестве дорожной карты, будущие исследования могут более эффективно исследовать причины и последствия половых различий в человеческом мозгу.