Структура связей головного мозга у мальчиков и девочек отличается
Нейрофизиологи из США впервые проследили половые различия в глобальной плотности функциональной связности головного мозга и когнитивных способностей у детей в процессе их взросления. Исследование опубликовано в JAMA Network Open.
Credit: public domain
Известно, что скорость развития и некоторые параметры головного мозга у мужчин и женщин несколько отличаются. К примеру, созревание мозга происходит быстрее у женщин, а общий объем мозга больше у мужчин. Тем не менее, исследования показывают, что на когнитивных способностях это никак не отражается.
Предполагается, что в основе половых различий в поведении и процессах познания лежат анатомические и функциональные различия, которые, формируются из-за изменения связей между составными частями мозга в ходе развития. Например, одно исследование показывает, что головной мозг мальчиков имеет более сильные связи между функциональными модулями, а у девочек – внутри модулей. Однако воспроизводимость этих результатов сомнительна. Пока мало что известно о половых различиях в структурной связности или связях между структурой и функциями мозга и когнитивными способностями.
Для того, чтобы изучить половые различия в схемах мозга и понять, как они связаны с когнитивными способностями, исследователи из США проанализировать данные 9 тысяч детей в возрасте от 9 до 11 лет. Результаты лабораторных анализов, МРТ и поведенческих тестов детей были взяты из базы данных, собранной для проекта Adolescent Brain Cognitive Development study (ABCD), в рамках которого за развитием подростков наблюдали в течение10 лет.
Исследователи обнаружили, что глобальная плотность функциональной связности (global functional connectivitydensity, gFCD) (отражает активацию нейронов) и средний коэффициент диффузии (mean diffusivity, MD) (показывает количество волокон вещества мозга) полностью опосредовали половые различия в когнитивных функциях. У девочек gFCD оказалась сильнее во многих корковых и подкорковых областях. Наиболее заметно это проявляется в сети пассивного режима работы мозга, в частности, в задней части поясной извилины. В то же время, более низкая gFCD у них наблюдалась в соматомоторной коре, зрительных областях, медиальной орбитофронтальной коре и нижней височной извилине.
Говоря о когнитивных функциях, авторы отмечают, что повышенные баллы когнитивных тестов были связаны с более высоким gFCD в задней части поясной извилины и других областях сети пассивного режима работы мозга и с более низким gFCD в соматомоторной коре, средней височной зрительной области, верхней височной извилине и большинстве подкорковых областей.
Задняя поясная кора, метаболически требовательный центр, который функционально связан с другими областями, содержит самые большие половые различия в функциональной связности.
Кроме того, у девочек исследователи зафиксировали более низкий коэффициент диффузии и низкую поперечную диффузию в верхних корково-стриарных областях, что согласуется с результатами предыдущих исследований, в которых сообщалось о более распределенной структурной связности в лобных, теменных и височных долях у женщин, чем у мужчин, и о более раннем развитии белого вещества у женщин.
Когнитивные показатели в процессе развития, по результатам анализа, улучшились за счет большей плотности функциональных связей, что согласуется с представлением о том, что повышенная gFCD связана с интеллектом, особенно у детей. Предыдущие исследования фМРТ у взрослых показали, что подвижный интеллект повышался при наличии связи между дорсальными областями сети внимания (спинно-лобно-теменная сеть) и отрицательной связи между сетью пассивного режима работы мозга и областями дорсальной сети внимания. Это согласуется с выводами, полученными авторами обсуждаемого исследования.
Исследователи делают вывод, что от пола действительно в умеренной степени зависят различия в связях мозга, и это влияет на когнитивные функции у детей предподросткового возраста. Более быстрое развитие мозга у девочек биологически, вероятно, связано с различиями в паттернах транскрипции генов и в эффектах, оказываемых на мозг половыми гормонами, но скорее всего социальные и культурные факторы также вносят вклад в этот процесс.
Результаты этого исследования смогут способствовать будущему созданию диаграмм траектории развития мозга для отслеживания отклонений, связанных с нарушениями процесса познания или поведения, в том числе из-за психических или неврологических расстройств. Они также могут служить основой для исследований, изучающих дифференциальный вклад биологических и социальных или культурных факторов в траектории развития нервной системы девочек и мальчиков.
Текст: Анна Удоратина
«Measures of Brain Connectivity and Cognition by Sex in US Children» by Tomasi D. et al., JAMA Network Open. Published: February 21, 2023.