По результатам исследования более чем 2000 снимков головного мозга были получены данные, говорящие о наличии высоковоспроизводимых половых различий в объеме его некоторых отделов. Оказалось, что паттерн половых различий в объеме мозга согласуется с паттернами экспрессии генов на половых хромосомах, которые были получены по результатам посмертных исследований коры мозга. Таким образом, можно предположить, что половые хромосомы играют определенную роль в формировании половых различий в анатомии головного мозга или в сохранении этих различий. Результаты исследования, проводившегося в Национальном институте психического здоровья (National Institute of Mental Health  – NIMH)  опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Авторы исследования считают, что пополнение знаний о половых различиях в строении головного мозга имеет большое значение для понимания значения уже установленных половых различий  в когнитивной деятельности, поведении и рисках психических заболеваний. “Нас вдохновили полученные на животных новые данные о половых различиях, и нам хотелось попытаться преодолеть существующий разрыв между между данными, полученными на животных и нашими моделями половых различий человеческого головного мозга”, – говорит один из авторов, Armin Raznahan, M.D., Ph.D.

Уже давно известно о существующих устойчивых половых различиях подкорковых структур головного мозга у мышей. В некоторых исследованиях эти анатомические различия объяснялись преимущественно влиянием половых гормонов и основной акцент делался на гонадоцентричное объяснение половых различий, возникающих в ходе развития головного мозга. Однако в последних исследованиях на мышах были найдены устойчивые половые различия и в корковых структурах, а данные по экспрессии генов позволяют предположить, что определенную роль в формировании этих анатомических половых различий играют половые хромосомы. Но хотя мозг мыши во многом похож на мозг человека, оставалось неясным, насколько полученные данные применимы к людям.

Чтобы исследовать нейробиологические основы половых различий в человеческом мозге, Raznahan, Siyuan Liu, Ph.D.  и соавторы впервые проанализировали данные нейровизуализации, собранные в рамках проекта Human Connectome Project (HCP). После обработки данных, полученных от 976 здоровых взрослых людей в возрасте от 22 до 35 лет, были выявлены устойчивые половые различия в объеме определенных корковых структур. В среднем у женщин был относительно больший объем коры в медиальной и латеральной префронтальной зоне, орбитофронтальной зоне, верхней височной зоне и латеральной теменной зоне. У мужчин  в среднем относительно больший объем коры оказался в вентральных височных областях и затылочных областях, включая полюс височной доли, веретенообразную извилину и первичную зрительную кору.

Затем Liu et al. применили два взаимодополняющих подхода с целью проверить воспроизводимость результатов. Сперва исследователи провели 1000 сравнений, случайным образом разбив базу данных HCP на две половины и сравнив результаты в обеих половинах. Результаты этих сравнений подтвердили, что паттерн половых различий в объеме коры является стабильным. На втором этапе исследователи дали количественную оценку воспроизводимости данных HCP с использованием независимой базы нейровизуализационных данных из UK Biobank. Хотя эти две базы данных значительно различались как по демографическим характеристикам, так по методологическим подходам, исследователи обнаружили, что общий паттерн половых различий в объеме коры в этих двух базах данных во многом согласуется. 

Затем Liu et al. сопоставили полученные анатомические данные с общедоступными картами экспрессии генов в головном мозге, которые были составлены на основании 1317 посмертно взятых образцов тканей от 6 человек. Оказалось, что пространственное распределение половых различий в объеме коры во многом совпадает с пространственным распределением экспрессии генов половых хромосом в коре. В частности, области коры с относительно высокой экспрессией генов половых хромосом в целом отличаются у мужчин большей толщиной, чем у женщин.

Это соответствие с корковой экспрессией генов половых хромосом также согласуется с ранее полученными данными исследований на мышах, и позволяет предположить, что половые различия в анатомии головного мозга могут хотя бы частично быть обусловлены генетическими механизмами, сохранившимися в ходе эволюции млекопитающих. Также можно предполагать, что половые различия в толщине коры могут быть обусловлены генами, расположенными на  X и Y половых хромосомах.

“Мужчины и женщины отличаются по многим генетическим факторам и факторам окружающей среды, которые потенциально могут оказывать влияние на развитие головного мозга. Поскольку эксперименты на человеке сопряжены с определенными трудностями, для определения возможных генетических факторов или факторов окружающей среды, влияющих на половые различия мозга, мы часто полагаемся на данные наблюдения, – говорит Raznahan. – То, что мы получили высокий уровень воспроизводимости анатомических половых различий в разных группах мужчин и женщин, и увидели связь между этими различиями и экспрессией генов половых хромосом, позволяет нам предположить, что эти различия скорее всего не являются обусловленными преимущественно окружающей средой”.

Исследователи также сравнили анатомические результаты с данными, полученными из более чем 11000 функциональных нейровизуализационных исследований. Выяснилось, что те области головного мозга, где по данным базы HCP отмечаются половые различия, и области мозга, отвечающие за обработку лица по данным функциональных нейровизуализационных исследований, во многом пространственно пересекаются.

Взятые вместе, эти результаты проливают свет на механизмы, которые могут влиять на половые различия в анатомии головного мозга и указывать на генетические факторы, возможно, влияющие на половые различия в поведении и распространенности болезней мозга. Используя данные о полученной корреляции в качестве дорожной карты, в будущих исследованиях станет возможным более эффективно исследовать причины и последствия половых различий человеческого мозга.

Автор перевода: Лафи Н.М.

Источник: Integrative structural, functional and transcriptomic analyses of sex-biased brain organization in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnase.1919091117