(Автор зображення: Джек Хадсон)
Ви тримаєте в руках два зморшкуваті людські мізки, з кожного з яких капає формальдегід. Подивіться то на одну, то на іншу. Чи можете ви визначити, який мозок жіночий, а який чоловічий?
Ви не можете.
Людство шукало статеві відмінності в мозку принаймні з часів стародавніх греків, і в основному це було марною вправою. Це частково тому, що людський мозок не має двох різних форм, сказав доктор Армін Разнахан, керівник відділу нейрогеноміки розвитку Національного інституту психічного здоров’я.
«Мені невідомо, як можна оцінити людський мозок, де чоловічий і жіночий розподіли не збігаються», — сказав Разнахан Live Science.
Але питання про те, чим відрізняється чоловічий і жіночий мозок, все ще може мати значення, оскільки захворювання мозку та психічні розлади проявляються по-різному між статями. Експерти стверджують, що визначення того, наскільки ця різниця корениться в біології та навколишньому середовищі, може призвести до кращих методів лікування.
Science Spotlight глибше розглядає розвиток науки та дає вам, нашим читачам, потрібний погляд на ці досягнення. Наші історії висвітлюють тенденції в різних сферах, як нові дослідження змінюють старі ідеї та як картина світу, в якому ми живемо, трансформується завдяки науці.
Існує багато різних розладів головного мозку — психіатричні та неврологічні захворювання — які трапляються з різною поширеністю та по-різному виражаються між статями, — сказала доктор Івонн Луї, клініцист-науковець і віце-голова наукового відділу відділу радіології Нью-Йоркського університету в Лангоні. «Спроба зрозуміти базові відмінності може допомогти нам краще зрозуміти, як проявляються хвороби».
Тепер, частково завдяки штучному інтелекту (ШІ), вчені починають надійно розрізняти чоловічий і жіночий мозок, використовуючи тонкі відмінності в їхніх клітинних структурах і в нейронних ланцюгах, які відіграють роль у широкому діапазоні когнітивних завдань, від зорового сприйняття до руху та емоційної регуляції. Інші дослідження вказують на статеві відмінності в структурі людського мозку, які можуть бути присутніми від народження, а інші, лабораторні дослідження на тваринах, вказують на статеві відмінності в тому, як клітини мозку працюють на молекулярному рівні.
Досі незрозуміло, наскільки ці відмінності мають значення. Чи змінюють вони те, як функціонує мозок людей або наскільки вони сприйнятливі до хвороб? Чи повинні вони диктувати, яке лікування лікарі пропонують кожному пацієнту? Незважаючи на те, що вчені виявляють тонкі відмінності мозку між жінками та чоловіками, їхні дослідження неминуче стикаються зі складними питаннями про те, як стать, гендер і культура взаємодіють у формуванні людського пізнання.
Зараз неможливо відповісти на ці великі питання. Але поточні та майбутні дослідження, зосереджені на лабораторних тваринах, людських хромосомах і розвитку мозку, а також на суб’єктах, за якими спостерігали з юності до дорослого віку, можуть почати виявляти, як ці статеві відмінності конкретно впливають на пізнання та, зрештою, на розвиток захворювань мозку.
Навіщо вивчати відмінності мозку за статтю?
Історично склалося так, що вчені використовували гадані відмінності в мозку, щоб зробити широкі заяви про те, як чоловіки і жінки думають і поводяться, і щоб виправдати сексистські переконання, що жінки від природи менш розумні та менш здібні, ніж чоловіки.
Хоча це раннє дослідження було дискредитовано, сучасні дослідження все ще виявляють когнітивні відмінності між чоловіками та жінками — принаймні в середньому. Наприклад, як повідомляється, чоловіки краще виконують тести на просторові здібності, тоді як жінки краще інтерпретують вирази обличчя інших людей. Але чоловіків і жінок виховують і ставляться до них у суспільстві дуже по-різному, тож що лежить в основі цих відмінностей? Це природа чи виховання, чи і те й інше?
«Людям насправді неймовірно важко … причинно розрізнити, наскільки статеві відмінності зумовлені суспільством чи середовищем», – сказав Разнахан. «У нас є всі ці припущення та упередження, які якось ковзають у наші голови крізь чорний хід, ми того не усвідомлюємо».
Враховуючи сумнівну історію вивчення статевих відмінностей у мозку та матеріально-технічну складність зробити це належним чином, можна задатися питанням, навіщо вчені турбуються. Для багатьох це тому, що неврологічні захворювання та психіатричні захворювання, здається, протікають по-різному у чоловіків і жінок, і як біологічні, так і екологічні фактори можуть пояснити, чому це так.
Дані свідчать про те, що жінки частіше страждають від депресії та мігрені, ніж чоловіки, тоді як у чоловіків частіше хворіють на шизофренію та аутизм. Хвороба Паркінсона розвивається приблизно вдвічі частіше у чоловіків, ніж у жінок, але у жінок з цим захворюванням захворювання, як правило, прогресує швидше. Усі ці дані отримані з досліджень, які не обов’язково відрізняють стать від гендеру — «стать» описує біологію, тоді як «гендер» відображає самоідентичність, а також суспільні ролі та тиск. Змішування цих двох понять спотворює наше розуміння того, чому існує певна різниця.
Наприклад, дівчата в статевому віці частіше зазнають депресії, ніж хлопчики, що може бути пов’язано з тим, як їхній мозок, що розвивається, справляється зі стресом, або ймовірністю того, що вони стикаються з більш стресовими подіями, ніж хлопчики в цьому віці. І навпаки, чи мозок хлопчиків робить їх стійкими до депресії, чи їх насправді не діагностують через соціальну стигму? Відповіді на ці питання вказують на різні рішення.
Вчені стверджують, що розуміння біологічних факторів, що стоять за відмінностями в неврологічних і психічних розладах, може призвести до кращих, індивідуальних методів лікування для кожної статі. Масштабні структури, незначні відмінності
Завдяки таким методам сканування мозку, як МРТ, вчені виявили ледве помітні статеві відмінності в розмірі, формі та товщині різних структур мозку, а також відмінності в мережах, що з’єднують різні частини мозку.
Але ці відмінності невеликі або незначні, якщо взяти до уваги середню різницю в розмірі чоловіків і жінок, стверджує Ліз Еліот, професор нейронауки в Університеті медицини та науки Розалінд Франклін і автор книги «Рожевий мозок, блакитний мозок» (Houghton Mifflin Harcourt, 2009).
Еліот і його колеги нещодавно проаналізували приблизно 30-річні дослідження, виявивши, що в середньому чоловічий мозок на 6% більший, ніж жіночий при народженні, і стає на 11% більшим у дорослому віці. Це має сенс, тому що середній розмір мозку змінюється разом із середнім розміром тіла, а тіла чоловіків, як правило, більші. Але якщо взяти до уваги цю загальну різницю в розмірах, тонкі структурні відмінності між чоловічим і жіночим мозком зменшуються до незначності, дійшли висновку дослідники.
«Можливо, існують статеві відмінності в мозку в різних видів, але поки що вони не доведені», — сказав Еліот Live Science. «І якщо вони існують, вони повинні бути досить маленькими».
Тим не менш, деякі вчені повідомили про відмінності, які, на їх думку, не відповідають розміру тіла. Кілька прикладів надала дослідницька група, яка зібрала дані магнітно-резонансної томографії понад 40 000 дорослих людей, сканованих для UK Biobank, сховища медичних даних 500 000 дорослих у Сполученому Королівстві.
Найкраще встановлена структурна різниця між чоловічим і жіночим мозком — середня різниця в об’ємі всього мозку. У багатьох, але не у всіх дослідженнях путамен має тенденцію бути більшим у чоловіків. Еліот та його колеги стверджують, що дані про відмінності в розмірах інших структур, таких як гіпокамп, прилегле ядро та таламус, були більш різними в різних дослідженнях. Вищезгадані відмінності були повідомлені в дослідженні UK Biobank.
У цьому дослідженні чоловіки мали більший таламус, станцію ретрансляції сенсорної інформації. У них також був більший путамен, який допомагає контролювати рух і є частиною циклу зворотного зв’язку, який повідомляє вам, чи добре було виконано рух. Жінки в середньому мали більше ліве прилегле ядро, частину центру винагороди мозку, і більший гіпокамп, місце зберігання короткочасних спогадів фактів і подій, яке також допомагає передавати інформацію в довготривалу пам’ять.
Але ні в цьому, ні в інших дослідженнях не виявлено особливостей, які надійно відрізняють чоловічий мозок від жіночого, оскільки діапазони розмірів, які спостерігаються у кожної статі, значною мірою збігаються, зазначив Разнахан та його колеги у листі, відповідаючи на це дослідження.
Що стосується кількох відмінностей у розмірі, які існують, наразі неможливо сказати, чи вони пояснюють будь-які відмінності в пізнанні, пов’язані зі статтю, або, навпаки, чи вони насправді роблять пізнання чоловіків і жінок більш подібними, зазначають автори листа. Можливо, чоловічий і жіночий мозок працюють дещо по-різному, щоб досягти однакового результату — щоб «врівноважити» відмінності в гормонах або генетиці, які можуть впливати на роботу мозку, пишуть вони.
«Коли ми просто говоримо про опис різниці в вимірюванні, це нічого не говорить про те, чи має воно взагалі функціональне значення», — підкреслив Разнахан.
ШІ знаходить тонкі відмінності
Хоча великомасштабні структурні особливості можуть не відрізнити чоловічий і жіночий мозок, штучний інтелект допомагає виявити інші, більш тонкі особливості, які можуть відрізняти їх. Деякі з цих відмінностей проявляються на рівні мікроструктури мозку, тобто його окремих клітин і компонентів цих клітин.
Наприклад, дослідження, опубліковане в травні 2024 року, використовувало різні моделі ШІ для аналізу сканування мозку 1030 молодих людей віком від 22 до 37 років. Дослідження в основному зосереджено на білій речовині, пучках ізольованих проводів, які проходять між нейронами. «Я вважаю, що наше дослідження — перше дослідження, яке виявило мікроструктурні відмінності мозку між статями», — сказав Луї, який є співавтором дослідження.
Моделі штучного інтелекту аналізували відмінності як у локальних орієнтирах у мозку, таких як мозолисте тіло, яке з’єднує дві половини мозку, так і в магістралях, які з’єднують віддалені клітини. Було також розглянуто відмінності в тому, як біла речовина була згрупована разом, а також у тому, наскільки щільними та добре ізольованими були ці пучки.
Алгоритми точно передбачили стать суб’єкта, прив’язаного до певного сканування, у 92–98% випадків. Ця прогалина в точності, ймовірно, зводиться до «великої кількості розбіжностей у людей», сказав Луї.
Жодна частина мозку не може бути використана для прогнозування; одна модель спиралася на 15 окремих областей білої речовини. Проте всі моделі продемонстрували певну консистенцію, причому найбільша структура білої речовини, яка перетинає середню лінію, мозолисте тіло, виділялася як ключова.
На цьому малюнку показано ділянки білої речовини, важливі для передбачення статі даного учасника дослідження (позначені червоним кольором). Зокрема, на цьому малюнку висвітлюються області, які були важливими через їх чітку «фракційну анізотропію», загальну міру цілісності білої речовини. Мітки вздовж лівої сторони відповідають трьом алгоритмам ШІ, використаним у дослідженні. Від народження
Дослідження Луї та його колег не було спрямоване на те, як виховання чи оточення людини формує мозок. Він також не ставив собі за мету відокремити біологічні відмінності в мозку від тих, що коріння в гендері.
Стать описує біологічні відмінності в анатомії, фізіології, гормонах і хромосомах. Статеві риси класифікуються як чоловічі та жіночі, хоча риси деяких людей не підходять ні до однієї категорії. Стать, з іншого боку, культурна. Він охоплює те, як люди ідентифікують і виражають себе, а також те, як до них ставляться та як очікують від інших людей. Гендери включають чоловіка та жінку, а також інших, у тому числі тих, які підпадають під загальний термін небінарності або є унікальними для певних культур, як-от māhū на Гаваях.
Історично дослідження пов’язували стать і гендер. Щоб розділити ці фактори та побачити, як кожен з них проявляється в мозку, було б корисно спостерігати за розвитком мозку людей протягом тривалого часу — і нові дослідження починають робити саме це.
Наприклад, дослідження 2024 року вивчало середній об’єм мозку понад 500 новонароджених: мозок чоловіків був на 6% більшим загалом, навіть якщо врахувати різницю у вазі при народженні, а у жінок було більше співвідношення сірої до білої речовини. (Сіра речовина, клітинні тіла нейронів, в основному знаходиться у зовнішньому шарі мозку, який називається корою.) Ця середня різниця в сірій речовині також спостерігається у дорослих, що має сенс, враховуючи, що більшому мозку потрібна більше білої речовини для передачі сигналів між віддаленими клітинами.
За статистикою, ці відмінності головного мозку були більш значущими, ніж відмінності, які спостерігалися в менших структурах. Жінки мали більше мозолистого тіла, а також більше сірої речовини навколо гіпокампу та в ключовому центрі обробки емоцій, що називається лівою передньою поясною звивиною (ACG). У чоловіків було більше сірої речовини в частинах скроневої частки, які беруть участь у сенсорній обробці, а також у субталамічному ядрі, ключовому для контролю рухів. Але стать може пояснити лише частину дисперсії, яка спостерігається в цих структурах.
Як і у дорослих, у дітей різної статі постійно повідомлялося про відмінності об’єму всього мозку. Дані про різницю в розмірах менших частин мозку були менш послідовними в дослідженнях. Наведена вище графіка відображає результати дослідження новонароджених у 2024 році.
Автори відзначають, що деякі з цих відмінностей мозку «присутні з самого раннього етапу постнатального життя» і зберігаються до зрілого віку. Це стосується здебільшого глобальних відмінностей, але потенційно також і деяких менших. Наприклад, деякі дослідження — але не всі — показують, що лівий ACG також більший у дорослих жінок, а не лише у немовлят.
Стійкі відмінності, наявні від народження, ймовірно, ґрунтуються на статі. Але відмінності, які з’являються або зникають у подальшому житті, як, наприклад, у гіпокампі, можуть залежати від навколишнього середовища або відображати статеві відмінності в розвитку, включаючи гормональні зрушення під час статевого дозрівання.
Стать і стать
Подібні дослідження можуть допомогти визначити вплив статі та гендеру на мозок. Наразі існує «велика прогалина» в нашому розумінні того, як ці фактори формують мозок незалежно і в тандемі, сказала Елвіша Дхамала, доцент кафедри психіатрії в Інституті медичних досліджень Фейнштейна в Нью-Йорку.
Дхамала та його колеги нещодавно мали на меті заповнити цю прогалину, використовуючи дані дослідження підліткового мозку та когнітивного розвитку (ABCD), величезного дослідження розвитку мозку та здоров’я дітей у США. Вони включили сканування функціональної МРТ (фМРТ) майже 4800 дітей; фМРТ відстежує кровотік у мозку, щоб дати непряму оцінку активності мозку. Кожна дитина приєдналася до дослідження у віці 9 або 10 років і буде спостерігатися протягом 10 років, що дозволить проводити подальші дослідження.
Сканування fMRI висвітлювало пов’язані області мозку або мережі, які висвітлювалися, коли діти виконували різні завдання, включаючи тести пам’яті, які вимагали від них згадати кілька зображень. Діти та їхні батьки також відповідали на запитання про те, як діти ставляться до своєї статі та як вони зазвичай грають і виражають себе. «Це не клінічне», — зазначив Дхамала. «Це лише аспект поведінки, який представляє вашу стать».
Ці відповіді були використані для генерації «оцінок» для кожної дитини, які алгоритм ШІ міг використовувати як точки даних.
Цей малюнок ілюструє зв’язок між мозковими мережами в корі головного мозку, а також некорковими структурами (верхній ліворуч) і статтю та статтю дітей. Теплова карта у верхньому правому куті показує кореляції між різними мережами та статтю, де тепліші кольори вказують на сильніші кореляції, а холодніші кольори вказують на слабкіші кореляції. Нижні дві теплові карти відображають кореляції з гендерними оцінками, отриманими з опитувальників батьків. Ліва нижня карта показує дані для дітей, яким при народженні присвоєно жіночий статус (AFAB), а права нижня карта показує дані для дітей, яким при народженні присвоєно чоловічу роль (AMAB).
Алгоритм зрештою виявив дві дуже різні мережі мозку, пов’язані зі статтю та гендером. Відмінності мозку, найбільш сильно пов’язані зі статтю, були виявлені в мережах, відповідальних за обробку візуальних стимулів і фізичних відчуттів, контроль рухів, прийняття рішень і регулювання емоцій. Відмінності, пов'язані зі статтю, були більш розсіяними, включаючи зв'язки всередині та між багатьма областями кори головного мозку.
Визначивши ці мережі, дослідники навчили свої алгоритми штучного інтелекту «передбачати» стать або стать дитини на основі активності мозку. Вони точно визначили стать більшості дітей, подібно до результатів дослідження Луї. Стать виявилася складнішою: з відповідями дітей на анкету ШІ не міг передбачити, де вони потрапили в континуум статі, тоді як з відповідями батьків його прогностична здатність перевищувала шанси, але все одно була «набагато нижчою», ніж прогнози щодо статі, сказав Дхамала.
Тим не менш, дослідження підкреслило недостатньо вивчену ідею: стать формує мозок у спосіб, відмінний від статі, сказала вона.
Цікаво, що можна провести певні межі між дослідженнями Луї та Дхамали на основі штучного інтелекту. Їх не можна прямо порівнювати, оскільки два дослідження використовували різні типи аналізу та зосереджувалися на різних особливостях мозку. Але багато з фізичних трактів білої речовини, позначених у першому дослідженні, відповідають функціональним мережам, виділеним у другому, сказав Дхамала Live Science.
Як приклад, cingulum — тракт білої речовини, який оточує мозолисте тіло — здавалося ключовим для прогнозування в дослідженні Луї. Він також пов’язує разом різні мережі, позначені в дослідженні Дхамали, включаючи схеми, задіяні в емоційній обробці. Це натякає на те, що статеві відмінності існують як у фізичній анатомії цих мереж, так і в їх моделях активації, сказав Дхамала.
Майбутнє поля статевих відмінностей
Вчені досягли певного прогресу у виявленні статевих відмінностей у мозку, але щоб по-справжньому зрозуміти ці відмінності, дослідникам потрібно буде провести більше досліджень на тваринах, щоб забезпечити більший експериментальний контроль, згідно з документом 2020 року, співавтором якого є Разнахан.
Різноманітні дослідження на лабораторних щурах вже виявили відмінності в тому, як самці та самки формують зв’язки між нейронами, і як, наприклад, кожна стать обробляє страшні спогади.
У людей вчені можуть зібрати більше даних про мозок безпосередньо під час народження, щоб точно визначити базові відмінності, які можуть існувати до того, як дитина зіткнеться з будь-яким культурним впливом, а потім відстежувати дитину з часом, додали Разнахан та його колеги.
Інший варіант полягає в дослідженні людських генів, які є унікальними для X- або Y-хромосоми. Дивлячись на людей із зайвими або відсутніми статевими хромосомами, наприклад, вчені почали з’ясовувати, як ці гени надувають або зменшують структури мозку, сприяючи статевим відмінностям у розмірі. Хромосоми також можуть підвищувати або знижувати ризик розладів — наприклад, носіння додаткового Y підвищує ймовірність того, що людина має аутизм, тоді як зайвий X — ні. Це може допомогти пояснити, чому чоловіки, які зазвичай мають один X і один Y, мають більший рівень аутизму, ніж жінки, які зазвичай мають два X.
Наразі доля такого дослідження в США невизначена
На підставі розпоряджень нової президентської адміністрації Національний науковий фонд вивчає активні дослідницькі проекти, щоб побачити, чи містять вони слова, які можуть порушувати зазначені накази, такі як «жінка», «жіночий» і «стать», а Національний інститут охорони здоров’я, здавалося, архівує давню політику, яка вимагає участі в дослідженнях як самців, так і самок лабораторних тварин.
«Просто багато невизначеності», — сказав Дхамала Live Science. Якщо здійсниться найгірший сценарій, «видалення цього гендерного компоненту або ускладнення вивчення статевих відмінностей штовхне нас назад, а не вперед».
Але якщо поле виживе, майбутня робота може включати ґендер так, як це було зроблено в дослідженні ABCD, використовуючи анкети для отримання зведених балів, сказав Дхамала. Для початку вчені могли б принаймні запитати учасників дослідження, яку стать вони ідентифікують, додала вона. Інші експерти погоджуються.
Прийнявши ці стратегії, вчені могли б різко просунути цю галузь досліджень, яка бере свій початок від Аристотеля. Їхні зусилля можуть дати нові аргументи для нескінченних дебатів природа проти природи. Вони можуть виявити значні статеві відмінності, які прокладають шлях до кращих методів лікування депресії, хвороби Альцгеймера тощо. Або вони могли б підкреслити, чим представники «протилежної статі» насправді більше схожі, ніж різні.
ТЕМИ в центрі уваги гендер
Nicoletta Lanese Соціальні посилання NavigationChannel Editor, Health
Ніколетта Лейнез є редактором каналу охорони здоров’я в Live Science, а раніше була редактором новин і штатним автором сайту. Вона має диплом про наукову комунікацію Каліфорнійського університету в Санта-Крузі та дипломи з нейронаук і танцю в Університеті Флориди. Її роботи з’явилися в The Scientist, Science News, Mercury News, Mongabay і Stanford Medicine Magazine, серед інших видань. Перебуваючи в Нью-Йорку, вона також активно займається танцями та бере участь у роботі місцевих хореографів.
Sourse: www.livescience.com
