五千人的研究数据告诉你：男女大脑真不同
导语： “男人来自火星，女人来自金星”。很多人认为，男女两性的思维模式、情绪行为表达等都有很大差异。这就延伸出一个神经生物学领域里备受争议的敏感话题：男女两性的大脑构造存在差异吗？近些年，在精神疾病发病率方面，人们观察到男女患病的比例有所不同，这是否与两性大脑的差异有关？造成大脑性别差异的可能原因又有哪些呢？
撰文 | 李娟
编辑 | 赵利
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为何要研究大脑的性别差异
性别差异一直是生物学研究的热点，但人们对两性大脑异同的了解却少得惊人。
近期的研究表明，精神疾病在男女人群中的发病率有所不同。例如，女性老年痴呆症的发病率高于男性，女性患有重度抑郁障碍的比例也高于男性；另一些疾病，如自闭症谱系障碍、精神分裂症、阅读障碍症，则在男性中显示出更高的发病率。
一般来说，在心理认知行为方面，性别差异很小。但是某些行为特征确实表现出了明显的性别差异。例如，在完成心理旋转任务（人在头脑中运用表象对物体进行二维或三维旋转的想象过程）和身体攻击行为方面，男性的表现比女性更强；而在对人vs事物的兴趣、神经质人格特征、亲和力方面，女性则更强。
准确地认识男女大脑的形态和功能差异，或许能解释这些现象。同时也能为改善精神疾病的治疗策略提供依据。
大脑的结构与功能，真的男女有别？
2018年5月，《cerebral cortex》发表了一项研究，研究人员使用了英国生物库的脑成像数据，分析了成人大脑结构和功能的性别差异，包括2750名女性、2466名男性参与者，平均年龄61.7岁，年龄范围在44 - 77岁。这项研究绘制出了大脑体积、表面积、皮质厚度、扩散参数和功能连接性的性别差异，是该领域内迄今最大样本量、最全面有力的研究，确保了高水平的统计能力和研究结论的可靠性。
大脑体积、表面积、皮质厚度的性别差异
这项研究首先测量了大脑总体积和皮质下体积的性别差异。在调整了总脑体积和身高的潜在影响之后，研究发现，与女性相比，除伏隔核无差异外，男性所有大脑皮质下区域的体积均显著大于女性。
那么，在大脑次区域体积、表面积和皮质厚度上，是否有性别差异？研究人员测量了68个皮质分区的原始体积、表面积和皮质厚度，并调整了年龄和种族因素。分析发现，男性大脑皮层各分区的体积和表面积都更大,而女性大脑皮质更厚。经过总脑体积、总表面积或平均皮质厚度的调整分析之后，上述差异仍然部分存在。
分析结果显示，一些涉及情感和决策的脑区，男性的体积明显较大。与智力（假设）相关的脑回路区域,男性的表面积也明显较大。不过，这些脑回路的部分区域的厚度，女性要比男性更厚。
图 | 两性的大脑体积差异
值得一提的是，对于上述每一项有显著性别差异的测量结果，男性和女性的数据都有重叠（48 %），即使大脑总体积差异很大的情况下。这说明，两性大脑还是有很大的共同点。
脑白质微结构的性别差异
在大脑中，神经元的胞体组成了脑灰质，神经元的神经髓鞘纤维束组成了脑白质。这项研究通过分析脑白质的微结构（纤维束的走行、方向、排列、紧密度等），检测了22个脑白质束的性别差异。研究人员使用了各向异性（fractional anisotropy，fa）和定向弥散（orientation dispersion，od）来作为测量指标。这类指标常用来反映脑结构的完整性、病理改变、结构功能之间的关系、发育和老化过程等。
图 | 两性的22束脑白质（a图为fa）和（b图为od）的特征差异
结果显示，男性有较高的脑白质各向异性，而女性的脑白质道的复杂程度较高。
大脑结构与认知能力差异的关系
对信息的处理速度和工作记忆能力，可以部分反映出大脑神经网络的认知能力的强弱。研究人员充分利用了英国生物库采集脑成像数据时获得的认知测试分数数据，将所观测到的大脑结构差异与认知能力联系了起来。这两项认知测试分别为：语言数字推理(被认为与脑容量相关的技能)和反应时间(被认为与脑白质微结构差异相关)。
图 | 与两性认知测试差异相关的脑区比例
在经过多次比较校正之后，结果显示，男性在语言数字推理上的平均得分略高于女性，平均反应时间略快，但是并没有显著差异。因此，目前的分析没有证据表明大脑结构的性别差异与所测试的认知技能有关。
静息态脑功能连接的性别差异
静息态功能连接能体现大脑最本质、固有的神经元的连接模式。处于静息态的大脑不执行具体的认知任务，保持安静、放松、清醒。这种状态下仍存在自发神经元活动。
分析显示，大约54 %的静息态功能连接存在性别差异。这些差异聚集在特定的神经网络周围：在默认网络脑区(default mode network)，女性的连通性更强；在单峰感觉皮层和运动皮层以及头侧前额叶外侧皮层的高级皮层区域，男性的连通性更强。
这个结果与之前的证据一致。默认网络脑区经常被认为是“社交大脑”的重要部分，女性该区域的神经元具有更高的连通性，是否可以解释女性在社交认知等领域的较高能力，仍有待进一步观察。而且，这种功能差异是否可以与结构差异相整合，也需要进一步研究确定。
大脑性别差异的原因
基于这些新发现，我们不禁要问，影响大脑产生男女性别差异的原因是什么？是生物学原因，还是社会环境原因？这项研究的意图并不在此。不过，英国生物库收集了许多变量，这些变量可能与观察到的上述性别差异有关，未来的研究应该对产生差异的原因进行更有针对性的探索。
事实上，在生命早期就能观察到大脑结构的性别差异，但成人的性别差异可能与童年期的差异不同。有研究认为，性染色体上的基因或者性激素能影响大脑发育性别分化。另有假设认为，某些情况下，大脑的结构差异可能是对性别特异性激素的差异进行补偿的结果，进而减少行为上的性别差异。这或许部分解释了为何大脑体积和表面积等测量值的性别差异很大，而行为的性别差异却很小。
另外，社会成长环境在大脑发育过程中的潜在神经生物学效应，也许是又一个不容忽视的因素。
在讨论遗传效应对性别差异的影响时，应该认识到这种影响可能贯穿整个生命周期，与环境和经历相互作用。基因组印迹（genomic imprinting）更是增加了这种影响的复杂性。比如，有假设提出，某些精神疾病的性别差异，是源自父系遗传或母系遗传的基因表达谱的不同；所谓的“母亲的诅咒”（mother’s curse），指的就是线粒体dna中累积的突变通过母系遗传给男性后代的现象。
结语
这项研究是迄今为止有关神经解剖学性别差异的最大单样本研究。明确描述神经生物学的性别差异，是理解神经发育障碍（如自闭症谱系障碍）、各种精神疾病（如精神分裂症）和神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏病）的患病率的性别差异的基础，并且将有助于探索精神病学和心理学的机制。
未来几年，英国生物库不仅会提供更复杂的认知测试库和基因数据库，还将提供大量mri深度扫描数据(最大样本为10万个)。未来的研究能够更深入地探讨大脑的性别差异和可能的原因、行为后果以及潜在的医学应用。
ukb数据库简介：
uk biobank最早由维康信托基金会、医学研究理事会、英国卫生部、苏格兰政府和西北地区发展机构共同发起成立，也有来自威尔士政府，英国心脏基金会，英国癌症研究和英国糖尿病研究基金会等机构组织的资助，并得到英国国家医疗服务体系（nhs）的支持。作为非营利性慈善机构，在保护志愿者隐私的前提下，ukb的信息数据对世界范围内的研究人员开放。经过伦理委员会和理事会批准通过后，支付少许的管理费用便可获得所申请数据。ukb欢迎更多的中国学者、企业加入进来，共同利用英国生物信息银行的信息，携手探寻生命真知，最终提高人类健康水平。
参考文献：
stuart j ritchie， simon r cox， xueyi shen，et al. sex differences in the adult human brain: evidence from 5216 uk biobank participants. cerebral cortex. 2018. 28:2959-2975
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