https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1316909110Madhura Ingalhalikar, Alex Smith, Drew Parker, Ragini Verma
Sex differences in the structural connectome of the human brainSignificance
Sex differences are of high scientific and societal interest because of their prominence in behavior of humans and nonhuman species. This work is highly significant because it studies a very large population of 949 youths (8–22 y, 428 males and 521 females) using the diffusion-based structural connectome of the brain, identifying novel sex differences. The results establish that male brains are optimized for intrahemispheric and female brains for interhemispheric communication. The developmental trajectories of males and females separate at a young age, demonstrating wide differences during adolescence and adulthood. The observations suggest that male brains are structured to facilitate connectivity between perception and coordinated action, whereas female brains are designed to facilitate communication between analytical and intuitive processing modes.
Abstract
Sex differences in human behavior show adaptive complementarity: Males have better motor and spatial abilities, whereas females have superior memory and social cognition skills. Studies also show sex differences in human brains but do not explain this complementarity. In this work, we modeled the structural connectome using diffusion tensor imaging in a sample of 949 youths (aged 8–22 y, 428 males and 521 females) and discovered unique sex differences in brain connectivity during the course of development. Connection-wise statistical analysis, as well as analysis of regional and global network measures, presented a comprehensive description of network characteristics. In all supratentorial regions, males had greater within-hemispheric connectivity, as well as enhanced modularity and transitivity, whereas between-hemispheric connectivity and cross-module participation predominated in females. However, this effect was reversed in the cerebellar connections. Analysis of these changes developmentally demonstrated differences in trajectory between males and females mainly in adolescence and in adulthood. Overall, the results suggest that male brains are structured to facilitate connectivity between perception and coordinated action, whereas female brains are designed to facilitate communication between analytical and intuitive processing modes.
Übersetzung (Google):
Geschlechtsunterschiede im strukturellen Konnektom des menschlichen GehirnsBedeutung
Geschlechtsunterschiede sind von hohem wissenschaftlichem und gesellschaftlichem Interesse, da sie im Verhalten von Menschen und nichtmenschlichen Arten eine herausragende Rolle spielen. Diese Arbeit ist von großer Bedeutung, da sie eine sehr große Population von 949 Jugendlichen (8–22 Jahre, 428 Männer und 521 Frauen) unter Verwendung des diffusionsbasierten strukturellen Konnektoms des Gehirns untersucht und neue Geschlechtsunterschiede identifiziert. Die Ergebnisse belegen, dass männliche Gehirne für intrahemisphärische und weibliche Gehirne für interhemisphärische Kommunikation optimiert sind. Die Entwicklungsbahnen von Männern und Frauen trennen sich in jungen Jahren und zeigen große Unterschiede im Jugend- und Erwachsenenalter. Die Beobachtungen deuten darauf hin, dass männliche Gehirne so strukturiert sind, dass sie die Konnektivität zwischen Wahrnehmung und koordiniertem Handeln erleichtern, während weibliche Gehirne darauf ausgelegt sind, die Kommunikation zwischen analytischen und intuitiven Verarbeitungsmodi zu erleichtern.
Abstrakt
Geschlechtsspezifische Unterschiede im menschlichen Verhalten zeigen adaptive Komplementarität: Männer haben bessere motorische und räumliche Fähigkeiten, während Frauen überlegene Gedächtnis- und soziale Kognitionsfähigkeiten haben. Studien zeigen auch geschlechtsspezifische Unterschiede im menschlichen Gehirn, erklären diese Komplementarität jedoch nicht. In dieser Arbeit modellierten wir das strukturelle Konnektom mithilfe von Diffusion Tensor Imaging in einer Stichprobe von 949 Jugendlichen (im Alter von 8–22 Jahren, 428 Männer und 521 Frauen) und entdeckten einzigartige geschlechtsspezifische Unterschiede in der Gehirnkonnektivität im Laufe der Entwicklung. Eine verbindungsbezogene statistische Analyse sowie eine Analyse regionaler und globaler Netzwerkmaße lieferten eine umfassende Beschreibung der Netzwerkeigenschaften. In allen supratentoriellen Regionen hatten Männer eine größere Konnektivität innerhalb der Hemisphäre sowie eine verbesserte Modularität und Transitivität, während bei Frauen die Konnektivität zwischen den Hemisphären und die modulübergreifende Beteiligung überwogen. Dieser Effekt war jedoch in den zerebellären Verbindungen umgekehrt. Die Analyse dieser entwicklungsbedingten Veränderungen zeigte Unterschiede in der Verknüpfung zwischen Männern und Frauen, hauptsächlich in der Adoleszenz und im Erwachsenenalter. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass männliche Gehirne so strukturiert sind, dass sie die Konnektivität zwischen Wahrnehmung und koordiniertem Handeln erleichtern, während weibliche Gehirne darauf ausgelegt sind, die Kommunikation zwischen analytischen und intuitiven Verarbeitungsmodi zu erleichtern.
