科学探索：男女大脑的差异与性染色体相关？


研究发现，人类大脑解剖结构中存在高度可复现的性别差异。图片来源：Pixabay
一项针对2000多份大脑扫描的科学分析发现，人类大脑某些区域容量存在高度可复现的性别差异。这种大脑容量性别差异模式与在大脑皮质尸检样本中观察到的性染色体基因表达模式相对应，表明性染色体可能影响大脑解剖结构性别差异的发育或者保持。该研究由美国国立卫生院（NIH）下属的美国国立精神卫生研究所（NIMH）的研究人员领导，成果发表在《美国国立科学院院刊》（PNAS）上。
“更加清晰地理解人类大脑组织的性别差异非常重要，有助于我们认识到认知、行为和精神疾病风险中明确存在的性别差异。我们受到动物模型性别差异新发现的启发，想要尝试缩小动物数据和人类大脑性别差异模型之间的差距。”Armin Raznaha 说道，他是该文章作者，也是 NIMH 发育神经基因组学部门的负责人。
长久以来，研究人员一直观察到，小鼠皮质下脑结构中存在一致的性别差异。一些研究认为，这些解剖结构差异很大程度上是因为性激素的作用，并提出了“以性腺为核心”的理论来解释大脑发育过程中的性别差异。然而，更多近期的小鼠研究揭示了皮质结构中一致的性别差异，与此同时，基因表达数据也显示，性染色体可能在塑造解剖结构性别差异过程中发挥作用。虽然小鼠大脑和人类大脑有许多相似之处，但小鼠模型中的关键发现是否也适用于人类尚未有定论。


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为了探索人类大脑中性别差异的神经生物学基础，Raznahan和研究的主要作者Siyuan Liu博士及其同事们首先分析了人类连接组项目（HCP）收集到的神经成像数据。这些数据来自976名健康成年人，年龄介于22岁到35岁之间，结果揭示了特定皮质结构容量存在一致的性别差异。平均来说，女性的内侧和外侧前额叶皮质、眶额叶皮质、颞上叶皮质和侧顶叶皮质拥有相对更大的皮质容量。而男性则在腹侧颞叶区和枕叶区拥有相对更大的皮质容量，包括颞极、梭状回和初级视皮质。
随后，Liu和同事使用两种互补的方法来确定发现结果是否可复现。首先，研究人员将HCP数据集随机地一分为二，比较两半中的结果，总共展开了1000次的对半分比较。结果表明，皮质容量的性别差异模式具有高度稳定性。然后，研究人员在来自英国生物银行的不相关神经成像数据集中量化了HCP发现的可复现性。尽管数据集拥有显著的人口统计和方法差异，但是研究人员发现，皮质容量性别差异的整体模式高度一致。
于是，Liu与合作者们交叉对比了自己的解剖发现和公开获取的大脑基因表达图谱，这些图谱来自6名遗体捐赠者的1317份脑组织尸检样本。结果显示，皮质容量性别差异的空间模式与皮质中性染色体基因表达的空间模式相似。具体来说，对于性染色体基因表达水平相对高的皮质区男性的皮质容量大于女性。
这一皮质性染色体基因表达的对应关系还与先前小鼠研究的发现结果一致，研究表明，大脑解剖结构的性别差异可能至少部分是源自于哺乳动物演化过程中保留下来的遗传机制。这些发现表示，皮质容量的性别差异可能受到了位于X和Y性染色体上的基因影响。


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“男性和女性在许多遗传和环境因素方面各有差异，而这些因素都可能会潜在地影响大脑发育。因为人体实验具有挑战性，我们常常依靠观察数据来推断大脑性别差异的潜在遗传或者环境驱动因素。”Raznahan说，“我们观察到，不同男性和女性群体中解剖结构性别差异存在高水平的可复现性，这些差异和性染色体基因表达之间也有联系，以上事实都表明，性别差异可能并非主要只受到环境因素的影响。”
研究人员还将自己的解剖结构发现与11000多项功能性神经成像研究数据做了比较。结果显示，HCP 数据集中表现出皮质容量性别差异的大脑区域，和功能性神经成像研究中与面部处理相关的大脑区域，两者存在空间重叠。
有了这些发现作为“路线图”，未来研究能够更加有效地调查人类大脑性别差异的前因和后果。
翻译：阿金
审校：张之典
引进来源：NIH/NIMH
引进链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-07/niom-nss071620.php
本文来自：环球科学


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