文摘
男性和女性的不同的大脑解剖是一个经典的和持续的主要关心的话题。最复制和健壮的性别差异更大整体的男性的大脑尺寸,和相对增加全球和区域灰质(GM)的女性。然而,问题仍然在于,大脑的大小(即性差异。,larger male and smaller female brains) or biological sex itself account for the observed sex effects on tissue amount and distribution. Exploring cerebral structures in men and women with similar brain size may clarify the true contribution of biological sex. We thus examined a sample of 24 male and 24 female subjects with brains identical in size, in addition to 24 male and 24 female subjects with considerable brain size differences. Using this large set of brains (n= 96),我们应用验证和自动检查区域的通用分析方法。当我们发现显著性的主要影响,大脑的大小没有明显的影响(没有显著性和大脑的大小之间的相互作用)。当进行事后测试中,我们发现许多地区女性比男性有更大的通用卷。重要的是,这些性效果依然明显当比较男性和女性的大脑尺寸相同。总之,我们的研究表明,观察到的地区通用卷增加女性大脑构成sex-dependent体积的重新组织,而非个人可归因于大脑尺寸调整。
介绍
虽然在男性和女性的大脑有很多相似之处,也有不同的神经解剖学的特点,男性和女性之间的差异(•et al ., 2007)。最复制性二态的特征更大整体男性大脑尺寸和更大的全球灰质(GM)比例和地区通用在女性(数量和浓度施弗et al ., 1995;Gur et al ., 1999;Nopoulos et al ., 2000;好et al ., 2001;Luders et al ., 2005;伦纳德et al ., 2008)。同样,女性比男性更大的测量报告对皮质厚度(Narr et al ., 2005;Im et al ., 2006;Luders et al ., 2006 a)、皮质卷积(Luders et al ., 2004,2006 b)和预定义区域的尺寸(Filipek et al ., 1994;吉德(et al ., 1996;Harasty et al ., 1997;戈尔茨坦et al ., 2001;Rademacher et al ., 2001)。而其中一些之前的研究控制大脑尺寸的个体差异,有些则没有。不管这样的修正,目前尚不清楚是否观察到较大的测量在女性大脑是女性(即特征。,由于生理性别本身),或者他们是否只是典型的小的大脑(即。,由于大脑尺寸)(伦纳德et al ., 2008)。
评价男人和女人有相同的大脑尺寸提供了一个宝贵的机会学习的真正贡献在大脑生理性别特征,独立于大脑的大小。有趣的是,只有一个先前的研究分析了18个女性的一个子集和18名男性受试者年龄和脑容量匹配的确认存在的女性比男性更厚的皮层观察到(索厄尔et al ., 2007)。然而,任何细节关于对象的年龄(整个样本由176岁的健康人7和87年)或大脑尺寸匹配过程。据我们所知,没有其他研究相比,在同样大小的男性和女性的大脑脑功能。稀疏的分析很可能归因于困难创造相似的样本包括男性和女性大脑的大小,作为颅内的男性和女性的大脑不同平均约13 - 15% (Gur et al ., 1999;Luders et al ., 2005;伦纳德et al ., 2008)。幸运的是,最近成立的大型数据库包含成千上万的大脑图像现在提供了机会来选择从大量的科目。在目前的研究中,我们使用了国际财团对大脑映射(洲际弹道导弹)数据库(Mazziotta et al ., 2009)选择一个样本24男性和女性的大脑24,相同的尺寸。此外,我们选择了最大24男性大脑和24最小的女性大脑。使用这个组的大脑(n= 96),我们分析了地区的通用地址是否大脑体积占观察性别差异,男性和女性的大脑的解剖学差异是否存在独立于大脑的大小的影响。
材料和方法
科目。
我们最初的样本包括153名健康受试者(72名男性和81名女性),介于18到82年,从正常的成年人的洲际弹道导弹的数据库(http://www.loni.ucla.edu/ICBM/)。主题与任何潜在的医学疾病,会影响大脑结构和功能以及受试者大脑结构异常的MRI扫描被排除在这个数据库(Mazziotta et al ., 2009)。的干扰降到最低老年性脑萎缩在本研究的结果,我们另外排除所有受试者年龄超过70岁。剩余的145例样本的图像(72名男性和73名女性)预处理如下详细计算总脑容量(TBVs)。根据结果TBVs,我们创建了两个对象的样本。
样品我(以下称为“匹配样本”)由48个科目(男性和女性24日)24日TBV仔细匹配。TBV的最大区别在一个匹配配对为5.16毫升。年龄介于19和69年之间(男:21 - 61年;女性:19 - 69年)。匹配的男性和女性的平均年龄(意味着和SDs之间没有显著性差异表1)。匹配的样本包括五名左撇子(两人;三个女人);偏手性信息获得使用洲际弹道导弹人口和神经认知量表(http://ric.uthscsa.edu: 9000 / icbm_dani /)。
样品二世(以下称为“极端样本”)也由48个科目(男性和女性24日)24日,代表了女性主题的最小TBVs以及与最大TBVs男性受试者。值得注意的是,没有重叠的对象匹配样品以确保独立在后续的数据统计分析。范围在18岁到69岁(男性:18 - 69年;女性:19 - 65年)。极端极端男性和女性的平均年龄没有显著差异。匹配的样本包括七个左撇子(四人;三个女人)。所有科目给知情同意根据机构加州大学的指导方针,洛杉矶分校机构审查委员会。
图像采集。
大脑图像都是获得在同一网站(UCLA)和在相同的扫描仪(西门子奏鸣曲1.5 t磁共振成像系统)使用一个三维的t1序列(magnetization-prepared快速捕获梯度回波)使用以下参数:重复时间= 1900毫秒;回波时间= 4.38 ms;翻转角度= 15°;160年连续的1毫米矢状切片;视野= 256×256毫米;矩阵大小= 256×256;体素的大小= 1.0×1.0×1.0毫米。
预处理。
数据处理和检查使用SPM8软件(Wellcome成像部神经科学组、伦敦、英国;http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)和VBM8工具箱(http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm.html)。也就是说,在同一生成模型(ashburn Friston, 2005),图像纠正bias-field尺度、注册使用线性(参仿射)和非线性转换,和tissue-classified通用、白质(WM)和脑脊液。分割过程进一步细化了占部分体积效应(Tohka et al ., 2004),通过应用自适应最大后验估计(拉贾帕克萨et al ., 1997),并通过一个隐藏的马尔可夫随机场模型(Cuadra et al ., 2005),如所描述的天然气(2009)。
全脑容量分析。
使用tissue-classified分区,全球组织量测定在ml通过计算像素点代表通用汽车、WM, CSF在本国维度。TBV计算通过添加通用、WM和CSF量和用作行列式来创建本研究的两个主要的样本(即。匹配的样本和极端样本),如上所述。建立两个主要样本后,男性和女性对TBV子组进行了比较。此外,我们计算了大脑程度的全球组织卷(比率)除以通用、WM和CSF TBV卷。我们然后比较这些通用、WM和CSF匹配的男人和女人之间的比率。
区域灰质体积分析。
通用分区被调制在本地保存实际通用值,同时仍然占大脑尺寸的个体差异(通过比例缩放)。为此,规范化通用分区乘以非线性组件(但不是线性组件)来自规范化矩阵。最后,调制通用卷与高斯平滑内核的12毫米半宽度(应用)。使用这些平滑通用部分,我们进行了统计分析,如下面。
我们包括四组组成的24匹配的男人,24个匹配的妇女,24极端男性(即。TBV最大的),24日极端女性(即。,with the smallest TBV) into a 2 × 2 analysis of covariance (ANCOVA) design, with age as nuisance variable. That is, conducting voxelwiseF测试,我们估计(1)的主要影响性,(2)的主要影响大脑的大小,和(3)性×大脑大小交互,同时删除与年龄相关的方差。更具体地说,性的主要影响被对比男性受试者(即估计。匹配的男人和极端男性)(即对女性话题。,匹配的妇女和极端的女性)。主要影响大脑的大小估计的比较对象和更大的大脑的大小(即。匹配的女性和极端男性)对受试者大脑较小的大小(即。匹配的男性和极端的女性)。为了避免不同组织类型之间可能的边缘效应,所有体素与通用值< 0.1的被排除在外(绝对阈限屏蔽)。统计结果修正为多个比较使用错误发现率(罗斯福)p= 0.05。重大发现被局限于集群每个集群超出预期数量的像素点(空间范围阈值),根据高斯随机领域的理论计算。重要的主要影响是跟进的事后t测试子组男性和女性之间的差异进行调查。更具体地说,我们比较(1)极端的女人和极端的男性;(2)匹配的女性和极端男性;(3)极端的女性和匹配的男性;和(4)匹配的女人和男人。虽然事后测试修正为多个比较使用罗斯福p= 0.05应用适当的阈值范围,我们也产生了一系列没有应用程度的阈值和最大强度投影为多个比较不纠正p= 0.001。值得注意的是,只有未修正的结果允许直接可比性之间意义的不同的比较,因为在不同应用罗斯福修正结果T阈值由于罗斯福的适应性行为过程(尼科尔斯Hayasaka, 2003)。
结果
大脑总量
正如预期的那样,有显著的所有人(TBV差异n= 48)和女性(n= 48),在男性(大卷p< 0.001)。表1显示了男性和女性的手段和SDs次级样本。正如所料,没有明显差异对TBV之间匹配的男性和匹配的女性(也没有显著差异对通用汽车、财报和CSF比率)。
之间有显著差异极端男性和极端的女性(p< 0.001)和大TBVs男人。也有极端的男性和匹配的女性之间的显著差异(p< 0.001),以及匹配之间的男性和极端的女性(p< 0.001),与大TBVs男人。后者的意思是男性和女性之间的差异(即两个比较相似。,217 and 185 ml, respectively) and considerably smaller than when comparing male and female extremes (402 ml).
区域灰质体积
见图1一个的比较,所有男人和女人之间地区通用卷,我们揭示了重要的主要性的影响p= 0.05 (FDR-corrected)和集群超过限制的结果k= 1000像素点(即。,the calculated spatial extent threshold according to the theory of Gaussian random fields). There were no significant effects of brain size and no significant interactions between sex and brain size.
性别差异在地区通用(主要作用和次级样本)。显示最大强度投影叠加在SPM标准玻璃大脑模板(矢状面和冠状视图)。一个说明了性的主要影响(双向)。统计结果修正为多个比较使用罗斯福p= 0.05。显示集群空间范围阈值超过1000像素点,这对应于每个集群预期数量的像素点。抵扣说明后续的结果事后测试中,女性比男性有更大的地区通用卷(女性>男性)。说明空间配置文件很重要p= 0.001(未修正的),而不应用集群程度阈值。
当进行事后测试,没有地区通用卷在男性比女性大p= 0.001(未修正的),无论子组互相比较。相比之下,我们发现许多地区女性比男性有更大的通用卷p= 0.001(未调整的)。这些性影响(女性>男性)略有下降当男性和女性大脑的大小差异下降(图1抵扣)。明显增大的重要的是,我们还显示集群通用卷在所有四个女性比男性比较应用罗斯福时修正p= 0.05和集群超过限制的结果k= 1000像素点。
图2提供详细的T相关统计数据中的特定比较匹配的样本p= 0.05 (FDR-corrected)和k= 1000。作为演示,我们显示,女性比男性大很多通用卷在以下三个主要集群:集群1 (k= 6505)由左和右尾状(扩展到其他地区的基底神经节以及进入左前额区域)。集群2 (k= 2224)由区域的左颞上回和集群3 (k= 1982)包含区域的左额上回(MNI坐标与提供集群范围内的局部最大值,请参考图2)。
性别差异在地区通用(匹配样本)。显示单一主题SPM的视图部分标准的大脑。集群显示大脑区域匹配的妇女明显通用卷比匹配的男人。颜色的强度代表t立体像素级别的统计值。统计结果修正为多个比较使用罗斯福p= 0.05。显示集群空间范围阈值超过1000像素点和相应的提供集群范围内的最大值(见十字准线),包括他们MNI坐标。这项研究的结果发表在神经公约(右)是正确的。
探索性分析
尽管缺乏集群显示大脑的大小的一个重要主要作用(或大脑大小和性)之间的相互作用,我们进行了进一步的探索性分析调查可能的趋势在比较小的和大的大脑只在男性(即。匹配与极端的男人;平均差:217毫升)也分别只在女性(即。、极端和匹配的女性;平均差:185毫升)。为此我们从修正申请多个比较投了弃权票。然而,这些比较揭示了任何重要的集群p= 0.001,未修正的。
讨论
大脑尺寸效应与性的影响
本研究的主要目的是确定大脑体积占什么似乎是性别差异,或是否观察到男性和女性大脑的解剖学差异存在独立于大脑的大小的影响。在统计分析的第一步(F测试),我们观察到主要有显著性的影响(但没有主要影响大脑的大小和两个)之间的交互。然而,性和大脑尺寸效应可能导致性的主要影响,因为所有的男人和女人,对TBV显著不同。因此,我们进行了事后比较(t测试)匹配的男人和女人之间,没有对TBV不同。任何意义的集群将独立于大脑的大小表明纯性影响。事实上,我们发现许多地区与女性在匹配通用量明显高于男性,这表明男性和女性的大脑的解剖学差异存在独立于大脑的大小的影响。
此外,我们进行事后分析(t测试)比较男人和女人的TBVs在不同程度不同。如果大脑的大小有显著影响地区通用卷,然后观察性影响应该改变大大取决于男性和女性群体的程度不同对TBV。有趣的是,性的影响变得不那么明显的男女互相TBVs像(图1抵扣)。然而,概要文件之间的差异很小。加上缺乏重要的大脑尺寸效应(F测试)以及小型和大型的大脑之间缺乏显著差异在雄性和雌性(探索性分析),我们的研究似乎表明,大脑的大小影响观察性别差异可以忽略不计。这些研究结果和结论证实了影响的现有研究比较的一个子集18岁男性和18个女性大脑的大小匹配(索厄尔et al ., 2007)。索厄尔和他的同事们发现一个更大的皮质厚度在一些大脑区域和报道,女性“的模式结果的子集匹配对象类似于观察整个集团。”
虽然这些结果似乎不同意先前的研究表明脑容量(而不是性)是主要的变量比例占通用汽车的差异(Luders et al ., 2002;伦纳德et al ., 2008),他们不是矛盾的,而是互补如果大脑尺寸效应占全球组织卷(选择预定义的结构)的大小,而性影响区域占通用汽车(和地区皮质厚度)。在强烈的赞同这一假设,我们发现匹配的男人和女人之间的显著差异对地区通用,但不是对全球组织比率。
空间位置性的影响
虽然我们没有发现任何地区的大型通用卷,男性比女性有许多地区说明女性比男性大通用卷。我们将评论意义集群检测尤其是当比较匹配的女人和男人。这就构成了本研究的特殊情况,可能影响大脑的大小可以用确定性被排除在外。如下详细,有一种强烈的相似之处从先前的研究(即当前的发现和成果。,男人总是比女人表现出更大的大脑)。值得注意的是,大脑的大小匹配不建议替代传统分析,包括男性和女性不同的大脑尺寸。这种分析将继续提供重要线索区别男性和女性的大脑,特别是如果适当的策略用于占大脑尺寸的个体差异。然而,大脑的大小匹配,应用在目前的研究中,澄清是否观察到性别差异是由于大脑的大小或生理性别本身。
比较男性和女性大脑相同的大小,我们发现最大的集群左、右尾状扩展到邻近地区的基底神经节,以及进入左前额区域(集群1)。大通用在雌性尾卷同意结果好et al。(2001),他发现GM浓度增加女性相比男性毗邻尾状核头;他们也证实了观察吉德(et al。(1996)和Filipek et al。(1994)那些报道,增加了女性与男性的相对尾卷。此外,女性左前额地区增加通用卷似乎证实上述研究结果好et al。(2001)那些报道,增加通用卷在女性低劣额叶脑回(然而,准确的空间与我们的研究结果无法建立通信,数据和坐标不提供)。此外,更大的发现左前额通用卷在女性像发现厚女性大脑皮层在这个特定地区(Luders et al ., 2006 a)。
另外两个主要集群在当前的研究中发现位于左颞上回(集群2)和左侧额上回(集群3)。有趣的是,这两个地区此前报告显示12.8%(颞上回)和23.2%(背外侧前额叶皮层)更大的通用百分比(整体大脑的大小和年龄校正)在女性比男性(施弗et al ., 1995)。类似的结果来自其他研究上额叶皮层的大脑程度卷及其通用浓度被发现女性比男性更大(戈尔茨坦et al ., 2001;Luders et al ., 2006 a)。此外,颞皮层的体积(表示为脑总额的比例)据报道,17.8%的女性比男性(Harasty et al ., 1997)。在进一步的协议与当前结果,大脑初级听觉皮层的程度的卷被发现在女性比男性大很多(Rademacher et al ., 2001)。此外,通用卷以及通用浓度,观察和皮质厚度的措施在雌性大银行的左颞上沟(好et al ., 2001在韦尼克区),(Luders et al ., 2005),并在大部分地区的颞上回(Luders et al ., 2006 a)。重要的是,索厄尔和同事分析了男性和女性大脑的大小匹配,也观察到左颞上回的地区之一,在雌性比雄性更厚的皮层(索厄尔et al ., 2007)。
可能的功能意义,进一步考虑
地区通用microunits复合测量的不同,如神经元,轴突、树突突触、神经胶质细胞等。鉴于MRI信号强度有点相关的细胞特征,它很容易立即联系更大的女性特定认知功能(即通用卷。中,女性表现出更好的性能)。例如,如果一个更大的地区通用卷反映更多神经元,这种组织放大可能有利通过促进迁入和传出信息的高效处理,这可能是有益的认知表现。在支持这一假设,组织数据显示区域增加女性后颞叶皮层神经元密度(Witelson et al ., 1995在韦尼克区)和更大的树突值(雅各布斯et al ., 1993)。这似乎同意我们的发现增加了通用汽车左后颞回浓度。鉴于部分颞回参与语言的处理,我们可以推测,观察到较大的通用卷在女性与女性相关联的高超的语言能力(木村,1999)。然而,进一步的研究描述大脑微观结构之间的关系,观察大脑解剖学上的差异和大脑功能显然是必要的才能精确地解释地区性别差异。无论其功能相关性,我们建议观察到的区域增加通用卷在女性的大脑构成sex-dependent的重新组织卷(而不是个人调整大脑的大小)。未来的研究需要解决的潜在机制(如神经发生、突触发生,细胞凋亡,和/或突触修剪),他们决定因素的确切性质(例如,直接基因和荷尔蒙的影响),以及他们可能进化相关性(例如,sex-dependent选择某些技能)。
脚注
这项工作是由美国国立卫生研究院(NIH)通过美国国立卫生研究院医学研究路线图,格兰特U54 RR021813题为《计算生物学中心。国家卫生研究院提供的额外支持(P41 RR013642和M01 RR000865),由国家研究资源中心(RR12169, RR13642, RR00865)和气体的大幅减退Bundesministerium皮毛陶冶和格兰特博士(01 ev0709a)。进一步支持由人类大脑计划(P20-MHDA52176和5 p01-eb001955)和以下国家:生物医学成像和生物工程,心理健康,药物滥用,癌症,神经疾病和中风。慷慨的支持,我们还要感谢大脑映射医学研究机构,罗布森家族,北极星基金,和下面的基础:大脑映射支持,Pierson-Lovelace, Ahmanson, Tamkin,威廉·m·和琳达·r·Dietel慈善基金在北部山麓社区,Jennifer Jones-Simon和资本集团公司。
- 信件应该向dr . Arthur w .宽外袍,神经成像实验室、神经学、医学院的加州大学洛杉矶,635年查尔斯年轻驱动南,225套房,半岛投注体育官网洛杉矶CA 90095 - 7334。宽外袍在}{loni.ucla.edu
