導(dǎo)讀

功能連接中一個非常有趣的部分是‘同倫連接’(HC)，即兩個半球的兩個鏡像區(qū)域之間的連接，主要由胼胝體纖維介導(dǎo)。盡管研究人腦性別二態(tài)性的傳統(tǒng)由來已久，但是據(jù)所知，只有一項研究涉及性別對HC的影響。這里，將使用基于坐標的元分析方法和來自BrainMap數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)考察男性和女性大腦的同倫共激活問題。第一個出乎意料的發(fā)現(xiàn)是，該數(shù)據(jù)庫受到了性別偏差的影響：僅限女性群體比僅限男性群體的研究數(shù)量要少，而且與男性相比，女性群體在某些領(lǐng)域的研究更多，如情感，而在認知方面的研究較少。本研究執(zhí)行了一系列的抽樣程序，以平衡數(shù)據(jù)集的大小和比例，結(jié)果表明，女性表現(xiàn)出比男性更強的半球間共激活，這表明女性大腦的偏側(cè)化程度較低，整合程度高于男性。此外，男性似乎表現(xiàn)出比女性更弱但更廣泛的共激活，甚至還出現(xiàn)了一些局部差異。特別是，男性大腦的初級運動區(qū)和感知區(qū)域似乎具有更大的共激活，而大腦的其他區(qū)域則相反。這為大腦性別差異的多維視角提供了論據(jù)。

前言

大腦連接有兩個特征：分離和整合。分離指的是一種網(wǎng)絡(luò)組織，其特征在于節(jié)點簇(神經(jīng)元或區(qū)域)之間的連接比其他團簇更緊密，從而促進了功能專門化。整合是指專門的大腦區(qū)域之間的相互作用，可以實現(xiàn)遠程同步和信息流。這兩個過程之間的相互作用定義了靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)之間的相關(guān)和反相關(guān)模式，以及兩半球的功能偏側(cè)化。

FC的一個相關(guān)元素是同倫連接(HC)。HC是指兩個半球的兩個鏡像區(qū)域之間的(結(jié)構(gòu)或功能)連接，主要由胼胝體纖維介導(dǎo)。重要的是，HC可以作為局部半球間整合的一個指標。同倫FC的值高于其他形式的半球內(nèi)和半球間FC值，并且與視覺空間注意和執(zhí)行功能等認知任務(wù)的表現(xiàn)相關(guān)。此外，在多種病理條件或異常狀態(tài)下觀察到同倫FC模式的改變。基于神經(jīng)成像數(shù)據(jù)和應(yīng)用不同方法的大量元分析研究也證實了功能性HC的存在。事實上，本研究作者之前的工作采用了一個元分析框架來評估同倫共激活模式，證實了同倫FC在初級區(qū)比聯(lián)合區(qū)更強。然而，這項研究沒有涉及諸如年齡和性別等混雜變量可能產(chǎn)生的影響。

研究人腦的性別差異是非常有趣的，特別是在確定行為差異的潛在機制或解釋某些精神和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的患病率方面。然而，數(shù)據(jù)往往是模棱兩可的，它們的解釋是矛盾的，以及關(guān)于此事的不同觀點進行了激烈爭論。更具體地說，關(guān)于女性和男性之間的胼胝體是否存在解剖學(xué)上的差異的討論由來已久，大多數(shù)研究表明女性的胼胝體連接更強。關(guān)于功能性HC，Zuo等人(2010)測試了兩性之間的局部差異，報告了女性后扣帶皮層以及內(nèi)側(cè)和外側(cè)前額葉皮層中具有更大的基于體素靜息態(tài)HC；相反，男性在小腦，海馬旁回和梭狀回中顯示出更大的HC。

這些發(fā)現(xiàn)表明，男女大腦在分離和整合方面的機制不同。事實上，Ingalhalikar等人(2014)的研究結(jié)果表明，女性大腦半球間的結(jié)構(gòu)連接比男性更強，而男性大腦半球內(nèi)的連接比女性更強。然而，其他研究表明，如果考慮到腦容量的差異，這樣的結(jié)果就不成立了。一個相關(guān)的問題是大腦半球偏側(cè)化的性別差異。如果Ingalhaikar等人的描述是正確的，在不考慮任何腦容量的問題上，我們應(yīng)該預(yù)期女性的偏側(cè)化程度一般較低，因此大腦半球間的共激活比男性更強。事實上，更好的胼胝體微觀結(jié)構(gòu)組織與更對稱的二元刺激處理有關(guān)，而胼胝體連接較弱的區(qū)域則表現(xiàn)出更多的非對稱激活。這些觀察結(jié)果表明，更強的胼胝體連接可能導(dǎo)致更少的偏側(cè)化，從而更有可能發(fā)生同倫共激活。

本研究采用元分析方法考察了女性和男性大腦的同倫共激活問題。從BrainMap數(shù)據(jù)庫中評估了女性和男性被試的元分析同倫連接(MHC)。有大量證據(jù)表明共激活和功能連接之間的相似性；特別是，MHC技術(shù)先前已被證明可以產(chǎn)生與體素鏡像同倫連接分析(VMHC)類似的結(jié)果。這表明，元分析同倫共激活可以作為半球間整合(vs.偏側(cè)化)和功能連接的指標。此外，本研究聚焦于單一認知領(lǐng)域，以研究兩性之間的半球間整合模式是否有所不同。

方法

數(shù)據(jù)采集

為了獲得激活數(shù)據(jù)以模擬同倫共激活，使用Sleuth(v.3.0.4；https://www.brainmap.org/sleuth/)搜索BrainMap功能數(shù)據(jù)庫部分。BrainMap是一個開放訪問的數(shù)據(jù)庫，其中包含已發(fā)表的人類神經(jīng)成像實驗，報告了立體定向大腦空間中的激活坐標。使用認知分類法對這些實驗進行編碼，可以在 https://www.brainmap.org/taxonomy/behaviors.html上查詢。關(guān)于PRISMA研究選擇的流程圖，請參見圖1-2。

圖1.PRISMA流程圖-男性。

圖2.PRISMA流程圖-女性。

元分析同倫連接計算

首先，大腦皮層被分割成同倫區(qū)域?qū)Α榇?，Schaefer等人(2018)對800個volumes功能圖譜進行了對稱處理，用左半球的翻轉(zhuǎn)圖像替代右半球。其目的是獲得與非元分析對應(yīng)物VMHC相似的對稱MHC圖。圖譜被轉(zhuǎn)換為Talairach空間，在Talairach空間中使用Talairach Daemon客戶端來標記區(qū)域。

同時，在Talairach標準空間中從Sleuth導(dǎo)出查詢得到的12個坐標數(shù)據(jù)集(即2個領(lǐng)域一般性和10個領(lǐng)域特殊性)（圖3A）。正如Müller等人(2018)所指出的，對同一組被試進行的多次實驗可能構(gòu)成觀察結(jié)果之間的統(tǒng)計獨立性無效。因此，掃描每個數(shù)據(jù)集以識別此類實驗（圖3B）。然后通過重復(fù)1000次的迭代抽樣程序來解決這個問題。對于同一組被試進行的每組實驗，在每次迭代中隨機選擇一個（圖3C）。

圖3.在給定性別中計算特定區(qū)域的MHC圖的工作流程。

每個實驗的激活圖都被重建，并將其輸入到GingerALE（v.3.0.2；https://www.brainmap.org/ale/）。在GingerALE建模的激活圖中，每個激活焦點都用作3D高斯概率分布的中心（圖3E），估計給定其焦點的實驗的體素激活概率。這類激活圖被軟件自動轉(zhuǎn)換為z分數(shù)。為了避免靠近中線的焦點可能產(chǎn)生不切實際的雙側(cè)激活，研究者進行了偏移調(diào)整：如果激活發(fā)生在距離中線12mm的范圍內(nèi)，則對側(cè)12mm中的體素會隨著它們與中線的距離增大而衰減，越遠的體素值越小。

一旦獲得列表中每個實驗的建模激活，如果至少20%的體素顯著激活(p=0.05)，則確定每個volumes在給定實驗中被激活（圖3F）。20%的閾值可隨意選擇，但之前已經(jīng)證明，不同的閾值不會對結(jié)果產(chǎn)生很大影響。然后，通過Patel'sκ(一種共激活的貝葉斯測量值)計算樣本中發(fā)現(xiàn)兩個同倫區(qū)域共激活的概率，閾值為p=0.05。并通過Monte Carlo模擬檢驗其顯著性，將結(jié)果值分配給兩個同倫區(qū)域的所有體素以生成MHC圖（圖3G）。

上述步驟重復(fù)1000次，每次產(chǎn)生的MHC圖僅通過獨立被試組的實驗計算得出（圖3H）。最終對1000個MHC圖譜進行平均，得到一個表示該特定條件的同倫共激活圖（圖3I）。整個過程分別對6個女性數(shù)據(jù)集實施（即，5個行為領(lǐng)域加上領(lǐng)域一般性）。為了確保這些激活圖的有效性，本研究還使用SPM12進行單樣本t檢驗(p=0.05)來測試均值顯著性，并進行FWE多重比較校正。

控制男/女比例失衡

使用貝葉斯測量方法Patel's κ應(yīng)該可以避免有關(guān)統(tǒng)計功效的問題，因為在這種統(tǒng)計形式中，顯著性不直接受樣本量的影響。使用額外的抽樣通道計算男性的MHC（圖3D）。首先，從每個特定領(lǐng)域的實驗列表中隨機清除重復(fù)被試組后，再次對實驗池進行抽樣，減少其大小以匹配相應(yīng)女性條件的數(shù)量。然后，按照上面的步驟計算MHC圖，并重復(fù)該過程1000次。這將產(chǎn)生與女性實驗數(shù)量相當?shù)囊唤M樣本，而且被調(diào)查的認知功能的比例也相同。最終，對這些樣本進行平均并檢驗其統(tǒng)計學(xué)意義。

比較地形圖

為了比較兩種性別的MHC圖，將每種條件下的均值地形圖相減，即女性-男性，因此女性比男性具有更強的共激活區(qū)域顯示為正值，否則為負值。這種計算可以看作是一個加權(quán)的‘贏者通吃’的地圖，Mancuso等人(2019b)用它來突出顯示統(tǒng)計上相關(guān)的差異。為了進行進一步的驗證，從每個性別的抽樣過程中獲得的1000張地形圖作為雙樣本t檢驗的組別，使用SPM12(p=0.05)和FWE多重比較校正。

結(jié)果

搜索結(jié)果

領(lǐng)域一般性檢索結(jié)果為963個女性實驗，2199個男性實驗，分別包含7186和18031個焦點，4796和8751名被試。通過分組隨機抽樣得到1000組，其中女性組有234個實驗和男性組有667個實驗。然后對男性數(shù)據(jù)集進行進一步抽樣，以將其數(shù)據(jù)集大小減小到與女性數(shù)據(jù)集大小相當。表1提供了領(lǐng)域特殊性檢索的詳細信息。

表1.領(lǐng)域特殊性檢索的詳細信息。

重要的是，兩個領(lǐng)域一般性數(shù)據(jù)集在各自的行為領(lǐng)域比例上并不平衡（圖4）。例如，在女性和男性中，研究最多的類別是認知，但比例不同（29% vs.42%）。此外，與情緒類別相關(guān)的認知領(lǐng)域在女性(28%)中比在男性(15%)中研究得更多。這種不平衡使得本研究對男性數(shù)據(jù)集進行了二次抽樣，以匹配女性數(shù)據(jù)集的大小和比例。

圖4.按性別調(diào)查的認知領(lǐng)域和子領(lǐng)域的比例。

同樣，在行為領(lǐng)域中，兩性之間既有相似之處，也有差異。關(guān)于“ACTION”類別，對執(zhí)行任務(wù)的分析在男女中均占多數(shù)，分別為71%和81%。對于認知任務(wù)中的語言領(lǐng)域，研究男性的數(shù)量多于女性，分別為34%和26%。在情緒領(lǐng)域中，對女性消極情緒的分析多于男性，分別為65%和58%。在內(nèi)感受背景下，與性有關(guān)的研究在女性和男性中都是最多的(分別為74%和64%)。最后，在感知任務(wù)中，對視覺刺激反應(yīng)的觀察在女性和男性中都很普遍(分別為35%和44%)。不幸的是，由于其中一些子領(lǐng)域的實驗數(shù)量非常少，因此在子領(lǐng)域水平上將男性數(shù)據(jù)集與女性數(shù)據(jù)集進行匹配是難以實現(xiàn)的。

兩性的元分析同倫連接(MHC)

兩性的MHC圖顯示了一系列明顯的領(lǐng)域和性別差異。圖5顯示了男性和女性的平均MHC圖，而圖6則顯示了它們之間的差異。

圖5.兩性平均MHC圖及不同領(lǐng)域的表面映射。

圖6.行為領(lǐng)域中性別差異的表面映射。正值表示在女性中更容易共激活(或稱共激活更大)的區(qū)域，負值表示在男性中更容易共激活的區(qū)域。

在“Action”領(lǐng)域中主要激活兩性的初級運動皮層。然而，女性大腦皮層的峰值出現(xiàn)在其下部，而男性大腦皮層中最活躍的區(qū)域是頂葉或初級運動皮層。此外，在內(nèi)側(cè)表面上，女性同倫共激活的峰值先于男性出現(xiàn)。認知任務(wù)在兩性中都能共激活的區(qū)域為內(nèi)側(cè)和外側(cè)前額葉皮層（mPFC和lPFC），但女性在腹側(cè)mPFC、腦島和顳-頂交界處的共激活高于男性，而男性的峰值出現(xiàn)在楔葉和顳上回（STG）處。情緒領(lǐng)域主要涉及腦島和mPFC，但前者在女性中更活躍，而后者在兩性中的不同部位表現(xiàn)出不同的同倫共激活(女性的背側(cè)和腹側(cè)更多，男性則多位于中央)。女性和男性在內(nèi)感受方面存在顯著差異，前者在雙側(cè)額葉回（MFG）和部分mPFC上存在共激活，后者在后腦島和顳-枕皮層上顯示出更高的同倫共激活。感知傾向于皮層大部分的同倫共激活區(qū)域，但女性的MHC峰值位于前腦島和頂葉上回等區(qū)域，而男性的MHC峰值位于STG和內(nèi)側(cè)Brodmann區(qū)域6。領(lǐng)域一般性在女性和男性的內(nèi)側(cè)皮層中均顯示出強烈的同倫共激活，但兩性表現(xiàn)出不同的共激活景觀。雖然男性MHC圖顯示了典型的同倫FC模式，與聯(lián)合區(qū)相比，初級區(qū)域的值更高，但對于女性來說則不明顯。相比之下，女性在TPJ和顳-枕皮層，運動前皮層和MFG中表現(xiàn)出更多的同倫共激活?？偟膩碚f，男性似乎比女性表現(xiàn)出更廣泛的同倫共激活，盡管其中許多區(qū)域的值相對較弱。

討論

本研究考察了同倫共激活的性別差異，并得到了一些出乎意料的結(jié)果。首先，本研究在Brainmap數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)了性別偏差，這一觀察結(jié)果具有社會學(xué)和元科學(xué)的相關(guān)性。特別是，僅對男性群體進行實驗的數(shù)量比女性群體更多。而且本研究還發(fā)現(xiàn)在被研究最多的認知領(lǐng)域存在性別失衡。例如，女性在情緒/情感領(lǐng)域的研究比男性多，而男性在認知領(lǐng)域的研究更多。這一事實可能會對神經(jīng)科學(xué)研究產(chǎn)生負面影響，例如產(chǎn)生對人類大腦功能不完整或扭曲的概述。因此本研究不得不使用一種復(fù)雜方法來規(guī)避這個問題。

這些方法的結(jié)果傾向于證實一個假設(shè)，即女性比男性表現(xiàn)出更多的半球間共激活，正如Ingalhalikar等人(2014)研究所發(fā)現(xiàn)的那樣。例如，大多數(shù)同倫共激活圖顯示女性的同倫共激活明顯高于男性。這表明女性大腦比男性大腦更不偏側(cè)化，而且整合度更高，因為女性的兩個大腦半球?qū)θ蝿?wù)要求的反應(yīng)往往比男性更頻繁地同時激活。另一方面，結(jié)果并且不能歸因于一個簡單的二元模型。在感知領(lǐng)域中，女性的平均共激活明顯低于男性，而在內(nèi)感受領(lǐng)域，看似男性的平均共激活較大，但在統(tǒng)計學(xué)意義上并不顯著。

此外，在所有激活圖中，男性有更多的顯著同倫共激活區(qū)域，盡管κ-值較低。這可能意味著，與女性相比，男性表現(xiàn)出的共激活強度較低，但范圍更廣泛。值得一提的是，這一發(fā)現(xiàn)不是數(shù)據(jù)庫中性別數(shù)量偏差導(dǎo)致的，因為本研究的抽樣程序已將男性數(shù)據(jù)集減少到與女性數(shù)據(jù)集相同的大小。此外，人們可能擔心，男性更廣泛的共激活只是來自更大數(shù)據(jù)集采樣的更高空間變異性的影響。然而，事實似乎并非如此。實際上，單樣本t檢驗的結(jié)果應(yīng)排除它們只是高方差的結(jié)果，因為t檢驗圖實際上與用均值得到的圖完全相同。此外，通過一系列雙樣本t檢驗證實了不同領(lǐng)域的1000個男性地形圖中，每一個圖的體素數(shù)量都高于女性地形圖。

本研究結(jié)果似乎證實了Zuo等人(2010)的研究，即在后扣帶皮層和背外側(cè)前額葉皮層中女性的HC更強。此外，Zuo觀察到男性顳葉后內(nèi)側(cè)的團簇比女性更相關(guān)，正如本研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的那樣，男性在這一區(qū)域的共激活更高。但也有一些明顯的差異?？偟膩碚f，本研究中差異最大的區(qū)域與Zuo所指出的不一致。例如，更強的女性共激活在社會認知區(qū)域，如TPJ和內(nèi)側(cè)前額葉皮層突出。相反，許多初級知覺和運動區(qū)域被發(fā)現(xiàn)在男性中更具有共激活性。很難根據(jù)認知子類別的性別失衡來解釋這些結(jié)果。同樣，占據(jù)更大比例的男性感知研究屬于聽覺子域，似乎不能證明雙側(cè)STG中男性共激活的顯著效應(yīng)。然而Mancuso等人(2019b)發(fā)現(xiàn)這一相同區(qū)域是同倫共激活和靜息態(tài)HC之間存在顯著差異的區(qū)域。因此，本研究結(jié)果與Zuo等人的結(jié)果之間的差異可以通過靜息態(tài)HC與任務(wù)態(tài)共激活之間的差異來解釋。

此外，本研究還觀察到代表特定認知領(lǐng)域的地形圖之間的一些差異。不幸的是，由于屬于某些子領(lǐng)域的實驗數(shù)量極少，因此無法在特定領(lǐng)域的數(shù)據(jù)集中進行任何抽樣以平衡其認知指紋。本研究發(fā)現(xiàn)不同領(lǐng)域之間出現(xiàn)了許多差異，如女性的TPJ，前腦島，額下回以及腹側(cè)mPFC在一定程度上表現(xiàn)出更大的共激活；男性的STG和感覺運動區(qū)域通常顯示出更強的共激活。這些觀察結(jié)果可能得到解剖學(xué)數(shù)據(jù)的支持。事實上，Bj?rnholm等人(2017)的研究發(fā)現(xiàn)，男性胼胝體的分數(shù)各向異性更高，而女性胼胝體壓部的分數(shù)各向異性較高。與此相似的是，Genc等人(2018)認為，女性在連接TPJ和額葉區(qū)域(如腦島和IFG)的胼胝體壓部和膝狀體中的密度比男性更高。有趣的是，本研究結(jié)果顯示，這些區(qū)域在女性中更容易發(fā)生共激活。

同樣，本研究結(jié)果在一定程度上與所提出的心理性別特征相一致。在健康人群中，男性和女性在社會認知和社會腦方面存在一定的差異。例如，女性的情緒處理能力更強，對基本情緒的面部表情識別比男性更準確、更快。而且，女性似乎在社會認知任務(wù)中調(diào)動了更多的情感腦區(qū)。事實上，本研究發(fā)現(xiàn)與社會認知相關(guān)的區(qū)域，如TPJ顯示出更強的同倫共激活可能與這些觀察有關(guān)。

結(jié)論

本研究為女性大腦中存在更大的半球間整合假設(shè)提供了實證支持。然而，同倫共激活在兩性中存在顯著的空間差異。女性表現(xiàn)出比男性更強的半球間共激活，這表明女性大腦的偏側(cè)化程度較低，整合程度高于男性。此外，男性表現(xiàn)出比女性更弱但更廣泛的共激活，特別是，男性大腦的初級運動區(qū)和感知區(qū)域似乎具有更大的共激活，而大腦的其他區(qū)域則相反。本研究為大腦性別差異的多維視角提供了論據(jù)。

原文：Sex differences in brain homotopic co-activations: a meta?analytic study.

https://doi.org/10.1007/s00429-022-02572-0

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