Мозг взрослеет по-разному: половые различия проступают в подростковом возрасте

Исследование снимков мозга более чем 1 600 человек показало: в возрасте от 9 до 12 лет заметных различий между мальчиками и девочками в микроструктуре глубоких отделов мозга почти не обнаруживается. Они начинают проявляться примерно в подростковом возрасте и затем меняются по-разному в отдельных областях. По времени это совпадает с половым созреванием и периодом, когда начинают различаться частоты некоторых психических расстройств, в том числе тревожности и депрессии. Однако работа не установила, что именно вызывает изменения, и не доказала, что они ведут к различиям в поведении или психическом здоровье. Результаты опубликованы в журнале Developmental Cognitive Neuroscience.

Глубокое серое вещество — это структуры под наружным слоем мозга. Среди них миндалевидное тело, участвующее в обработке эмоций, гиппокамп, важный для памяти, и прилежащее ядро, связанное с мотивацией и системой вознаграждения. Учёные также изучали таламус — узел передачи сенсорных сигналов, а также хвостатое ядро и скорлупу, участвующие в движении и формировании привычек. Психические состояния, связанные с функциями этих областей, диагностируют у мужчин и женщин с разной частотой, но биологические причины этих различий изучены недостаточно.

Работа продолжает исследования развития мозга. Эксперименты на крысах, опубликованные в 2008 году, показали, что половые гормоны в период полового созревания могут влиять на появление новых клеток в областях мозга, различающихся у самцов и самок. Исследование молодых людей 2014 года связало половое созревание с объёмом глубоких структур мозга у обоих полов независимо от возраста. Ранее нынешняя исследовательская группа также обнаружила заметные различия в микроструктуре мозга молодых взрослых: у мужчин в некоторых областях, например гиппокампе, наблюдались признаки более плотного расположения клеток. Новая работа была посвящена тому, когда такие различия возникают.

Исследователи под руководством Кристофера Филиппи из Hospital for Sick Children и Ричарда Уоттса из University of Canterbury проанализировали данные 1 643 человек в возрасте от 9 до 35 лет. Информация поступила из двух больших открытых наборов данных: проекта Human Connectome Project Development, включающего детей и подростков, и его выборки Young Adult для взрослых. В статистическом анализе учитывали возраст, индекс массы тела и родственные связи между участниками — в том числе близнецами из взрослой выборки.

Для оценки микроструктуры применили Restriction Spectrum Imaging — метод магнитно-резонансной томографии, который оценивает движение молекул воды в ткани. Внутри клеток вода сталкивается с препятствиями; соответствующий сигнал косвенно отражает плотность клеток. В межклеточном пространстве препятствий меньше, и другой компонент сигнала характеризует среду между клетками. Это не прямой подсчёт клеток, а косвенная оценка свойств ткани.

У детей 9–12 лет статистически значимых различий между мальчиками и девочками по этим показателям не выявили. Первые различия стали заметны в возрасте 13–16 лет — сначала в гиппокампе, миндалевидном теле и таламусе. Показатель ограниченного движения воды с возрастом рос у обоих полов, но начиная с подросткового периода в среднем был выше у мужчин. Авторы предполагают, что это может соответствовать более плотному расположению клеток или более крупным клеточным телам, однако снимки сами по себе этого не доказывают.

В возрасте 17–21 года пол объяснял примерно 13–33% разброса этого показателя в шести исследованных областях. У взрослых доля составляла 32–37% в гиппокампе и миндалевидном теле. У женщин был выше показатель движения воды в межклеточном пространстве. Поскольку оба показателя выражены как доли общего сигнала, эти два результата в значительной степени отражают противоположные стороны одной картины.

В прилежащем ядре, хвостатом ядре и скорлупе динамика тоже различалась. У женщин в конце подросткового периода развитие показателей замедлялось, а в начале 20-х снова ускорялось; у мужчин изменения шли более равномерно. К середине 20-х разница в гиппокампе и миндалевидном теле переставала увеличиваться, хотя сами показатели продолжали меняться. В таламусе расхождение между полами продолжало расти вплоть до 35 лет.

Независимые эксперты назвали работу вкладом в изучение не только общего размера мозга, но и его более тонкой структуры. Ямна Хан из Центра исследования аутизма Кембриджского университета отметила, что анализ микроструктуры даёт более подробную картину. Марко Бальдуччи из Университета Турку подчеркнул, что исследование показывает: различия, обнаруживаемые у взрослых, по имеющимся данным начинают проявляться в подростковом возрасте.

Совпадение по времени с половым созреванием позволяет предположить роль гормонов, а предыдущие исследования на животных указывают, что гормоны могут влиять на синапсы — места контакта нервных клеток — и дендриты, их ветвящиеся отростки. Но нынешняя работа не измеряла уровни гормонов. Половое созревание оценивали по внешним признакам, которые тесно связаны с возрастом, поэтому отделить влияние взросления от влияния пубертата исследователи не смогли. Они обнаружили связь между возрастом первой менструации и отдельным показателем таламуса, но подчёркивают, что объяснение через гормоны остаётся предположением.

Есть и другие ограничения. Работа основана на снимках разных людей разных возрастов, а не на многократном наблюдении за одними и теми же участниками. Кроме того, исследователи объединили проекты с разными сканерами и настройками: один охватывал возраст от 9 до 21 года, другой — от 22 до 36 лет. Статистическая поправка на различия между проектами пришлась на переход к взрослому возрасту, поэтому детали возрастной динамики около этой границы, включая замедление показателей у женщин, нужно трактовать осторожно. Сравнения мужчин и женщин внутри каждой возрастной группы затронуты меньше.

Эксперты также предостерегают от вывода, будто мужской и женский мозг устроены принципиально по-разному. Средние различия обычно невелики, а индивидуальные показатели у людей разных полов во многом перекрываются. Результат зависит и от того, какие возрастные группы включены в исследование: отсутствие заметной разницы у детей 9–12 лет не доказывает, что её нет на более ранних этапах развития. Наконец, диффузионная МРТ косвенно измеряет свойства ткани и не показывает, что движение воды непосредственно вызывает различия в поведении или психическом здоровье.

Следующий важный шаг — длительное исследование, в котором одних и тех же людей будут сканировать до, во время и после полового созревания, одновременно измеряя гормоны и этапы развития. Это поможет выяснить, связаны ли изменения микроструктуры с индивидуальным ходом пубертата и с последующими психическими состояниями. Отдельный интерес представляет и более ранний период, включая внутриутробное развитие: половые гормоны могут быть связаны с различиями мозга ещё до рождения.

Авторы считают, что описанные ими возрастные траектории могут стать ориентиром для будущих исследований: учёные смогут проверять, связаны ли отклонения от типичного развития с психическими расстройствами. Статья называется «Половые различия микроструктуры глубокого серого вещества человека проявляются в подростковом возрасте». Среди её авторов — Кристофер Филиппи, Джей Н. Гидд, Азиз М. Улуг и Ричард Уоттс.