Половые различия в организации умственной деятельности - с точки зрения нейрофизиологии

Каждый мозг уникален. Некоторые различия обусловлены генетическими факторами; другие связаны с пластическими изменениями, в т. ч. возникающими под воздействием пережитого опыта или эпигенетических факторов. Мозг каждого человека имеет индивидуальные (уникальные) особенности (индивидуальная вариация); многие особенности присущи большим группам людей (систематические вариации).

В этой и последующих статьях на сайте мы рассмотрим два типа систематических вариаций организации головного мозга, связанных с полом и предпочитаемой рукой, и одну индивидуальную вариацию — удивительный сенсорный феномен, называемый синестезией.

Теория о том, что мужчины и женщины мыслят по-разному, вероятно, возникла одновременно с первыми мужчинами и женщинами. Научные данные подтверждают эту теорию. Литературные источники, в т. ч. книга, написанная Дорин Кимура (Doreen Kimura, 1999), содержат убедительные доказательства значительных различий между результатами мужчин и женщин, полученными при проведении множества когнитивных тестов.

Как показано на рис. 1, результаты бланковых («карандаш-бумага») тестов неизменно показывают, что женщины в среднем владеют речью лучше, чем мужчины, а мужчины лучше справляются с тестами на пространственное мышление. В этом разделе мы расскажем о связи таких различий с организацией мозга.

Рисунок 1. Задания, наглядно демонстрирующие половые различия в организации когнитивной деятельности

а) Нейронные механизмы, обусловливающие половые различия. Имеется немало доказательств существования половых различий как на уровне анатомического строения головного мозга, так и на клеточном уровне. Джилл Гольдштейн и ее коллеги (Jill Goldstein, 2001) провели масштабные исследования полового деморфизма мозга человека с использованием МРТ.

Они обнаружили, что у женщин больше объем дорсальной префронтальной коры и соответствующих паралимбических зон, в то время как у мужчин больше объем более вентрально расположенных областей префронтальной коры (рис. 2). (Размеры головного мозга связаны с размерами тела: среднестатистический мужской мозг крупнее женского, поэтому исследователи применили поправку на размеры мозга.)

Рисунок 2.

Более поздние исследования мозга свыше 5000 человек после применения поправки на размеры мозга продемонстрировали схожую картину. Кроме того, эти исследования выявили значительные различия в структуре межполушарных связей (Ritchie et al., 2018). Различалось не только общее строение: у женщин связи в белом веществе были в большей степени рассредоточены, чем у мужчин.

Кроме того, исследователи показали, что у людей обоего пола наблюдается значительное совпадение всех показателей (50%) и что мужчинам свойственна существенно более высокая изменчивость.

Другим способом оценки половых различий является измерение толщины коры головного мозга независимо от объема. Как показано на рис. 3, по сравнению с мужчинами у женщин больше серого вещества в отдельных зонах коры. У мужчин, напротив, серое вещество в коре распределено более однородно. Представленные на рис. 2 и 3 результаты исследований с использованием МРТ демонстрируют различия в строении коры больших полушарий между мужчинами и женщинами.

Рисунок 3. Половые различия в плотности серого вещества. У женщин наблюдается повышенная плотность серого вещества в областях коры больших полушарий, окрашенных голубым цветом на представленном МРТ-изображении. Серым обозначены области, в которых у мужчин и женщин не были выявлены значимые различия.

Половые различия присутствуют и в структуре нейронов. Половые гормоны влияют на нейронную структуру префронтальной коры крыс (Kolb & Stewart, 1991). По сравнению с самками, у самцов клетки одной из зон префронтальной коры, расположенной вдоль срединной линии, имеют более развитые дендритные поля (и вероятно, образуют больше синапсов) — рис. 4, вверху.

Рисунок 4. Половые различия в нейронной структуре. Клетки области лобной коры, лежащей вдоль срединной линии (вверху), у самцов крысы имеют более сложное строение, чем у самок. При этом в орбитофронтальной коре (нижние рисунки) наблюдается обратная ситуация

И наоборот, по сравнению с самцами, у самок более развитые дендритные поля имеют клетки орбитофронтальной области коры (вероятно, они образуют больше синапсов) — рис. 4, внизу. Такие половые различия отсутствуют у крыс, чьи семенники или яичники были удалены сразу после рождения. По-видимому, половые гормоны каким-то образом изменяют организацию мозга и в конечном итоге когнитивные процессы.

Стюарт и Колб (Stewart, Kolb, 1994) обнаружили, что наличие или отсутствие половых гормонов влияет на мозг не только на этапе эмбрионального развития, но и во взрослом возрасте. Во время эксперимента, направленного па изучение влияния гормонов на восстановление после повреждения головного мозга, у самок крыс среднего возраста удаляли яичники. Сравнение мозга таких крыс с мозгом крыс из контрольной группы через несколько месяцев показало, что нейроны коры головного мозга крыс с удаленными яичниками (прежде всего нейроны префронтальной коры) претерпели определенные структурные изменения.

Клетки вырастили на 30% больше дендритов, а плотность их дендритных шипиков выросла по сравнению с клетками крыс из контрольной группы.

Очевидно, что половые гормоны могут влиять на нейронную структуру головного мозга на любом этапе жизненного цикла животного.

Еще один способ исследования обуславливающих половые различия нейронных механизмов состоит в изучении эффектов повреждений коры больших полушарий у мужчин и у женщин. Если половые различия в нейронных механизмах когнитивной деятельности существуют, это должно приводить к различным последствиям повреждения коры больших полушарий у людей разного пола.

Дорин Кимура (Doreen Kimura, 1999) провела исследование такого рода, показав, что у людей разного пола полушария головного мозга могут иметь разную структурную организацию.

Исследуя людей, перенесших корковый инсульт в зрелом возрасте, Кимура попыталась сопоставить локализацию и тяжесть поражения у испытуемых мужского и женского пола. Она обнаружила, что у мужчин и женщин одинаково часто развивалась афазия вследствие различных повреждений левого полушария. При этом у мужчин афазия и апраксия чаще возникали в результате повреждения задних отделов коры левого полушария, в то время как у женщин афазия и апраксия чаще возникали в результате повреждений коры левой лобной доли.

Результаты, представленные на рис. 5, говорят в пользу существования половых различий в организации полушарий головного мозга. Данный вывод подтверждают результаты более поздних исследований (рис. 6) нейронных связей свыше 900 человек с использованием диффузионно-тензорной томографии. Исследование группы, в которой было примерно поровну мужчин и женщин, показало, что у женщин существует больше межполушарных связей, а у мужчин больше внутриполушарных (Ingalhalikar et al., 2014).

Рисунок 5. Данные, подтверждающие существование половых различий в организации коры больших полушарий. Апраксия и афазия связаны с повреждениями левой лобной доли у женщин и задних отделов коры у мужчин. Рисунок 6. Половые различия в коннектоме. Анализ нейронных связей головного мозга методом диффузионно-тензорной томографии выявил большее число связей внутри полушарий у мужчин (А) и большее количество межполушарных связей у женщин (Б).

Получены убедительные доказательства существования нейронных механизмов, обусловливающих гендерную идентичность, в том числе трансгендерность. Георг Кранц и его коллеги (Georg Kranz, 2014) использовали диффузионно-тензорную томографию, чтобы провести сравнительный анализ нейронных связей головного мозга трансмужчин и транс-женщин с нейронными связями головного мозга обычных женщин и мужчин. У обычных женщин и мужчин нейровизуализация выявила совершенно разную картину внутриполушарных связей.

При этом структура нейронных связей у транссексуалов представляет собой нечто среднее между мужским и женским вариантом организации нейронных связей.

Таким образом, выявленные у трансгендерных мужчин и женщин с использованием диффузионно-тензорной томографии особенности микроструктуры белого вещества представляют собой нечто среднее между особенностями микроструктуры белого вещества, присущими обычным женщинам и мужчинам.

Исследователи расценивают выявленные особенности как доказательство того, что гормональный фон влияет на микроструктуру белого вещества как в позднем пренатальном, так и в раннем постнатальном периоде. Ученые предполагают, что гендерная идентичность формируется именно в этот период. При этом генитальная дифференцировка происходит на более ранних стадиях эмбрионального развития. Таким образом, гендерное несоответствие становится возможным из-за такого несовпадения по времени.

б) Эволюция половых различий в когнитивных способностях. Хотя половые различия в когнитивных способностях большей частью объясняют воздействием половых гормонов, вопрос о происхождении этих различий по-прежнему остается открытым. Чтобы ответить на этот вопрос, нам следует обратиться к эволюции человека. Матери, как и отцы, передают свои гены как дочерям, так и сыновьям. Получается, что у самцов и самок одного и того же вида почти все гены являются одинаковыми.

Единственное, что может заставить ген оказать преимущественное влияние лишь на один пол, — это воздействие половых гормонов, влияющих на активность гена. Выработка половых гормонов обусловлена присутствием или отсутствием Y-хромосомы, которая несет ген, кодирующий фактор, детерминирующий развитие мужских гонад (TDF). Этот ген запускает процессы, приводящие к развитию яичек. Яички, в свою очередь, вырабатывают андрогены, влияющие на активность других генов.

Как и другие внутренние органы, головной мозг является потенциальной мишенью для естественного отбора. Это значит, что нам следует предполагать наличие половых различий в мозге представителей тех видов, в пределах которых особи разного пола выработали различные эволюционные адаптации. Хорошим примером является агрессивное поведение. Самцы большинства видов млекопитающих чаще проявляют физическую агрессию, чем самки.

По-видимому, данный признак способствовал репродуктивному успеху самцов, давая им преимущество перед менее агрессивными особями. Повышение уровня агрессивности обеспечивают мужские гормоны. Благодаря экспериментам на животных мы знаем, что агрессия напрямую связана с уровнем андрогенов и их влиянием на экспрессию генов, как на стадии эмбрионального развития, так в дальнейшей жизни. Таким образом, в данном случае естественный отбор обеспечивал выживание особей с высоким уровнем половых гормонов, обусловливающим агрессивность у самцов.

Теории, объясняющие половые различия в когнитивных способностях, таких как речь или пространственные навыки, являются более спорными, чем теории, объясняющие половые различия в уровне агрессивности. Тем не менее ученые выдвигают ряд гипотез. Например, мы можем представить себе, что в процессе эволюции млекопитающих самцы стремились занять большую территорию, чем самки. Для производства такого поведения требовались пространственные способности, поэтому эволюционные процессы благоприятствовали закреплению таких навыков у самцов.

Подтвердить эту гипотезу позволяет сравнение способностей к решению пространственных задач у самцов родственных видов млекопитающих: вида, самцы которого обитают на обширных территориях, и вида, самцы которого имеют ограниченный ареал. Например, ареал сосновой полевки невелик, и у нее отсутствуют половые различия в размерах ареала, в то время как ареал серой полевки примерно в 20 раз больше ареала сосновой полевки, а ареал самцов серой полевки шире, чем у самок.

По сравнению с сосновыми полевками, серые полевки демонстрируют намного более развитые пространственные навыки. Половые различия в пространственных способностях у серых полевок говорят о превосходстве самцов, а у сосновых полевок такие половые различия отсутствуют. За формирование навыков ориентирования в пространстве отвечает гиппокамп. Примечательно, что у серых полевок гиппокамп крупнее, чем у сосновых полевок, а у самцов серой полевки он крупнее, чем у самок (Gaulin, 1992). Руководствуясь той же логикой, можно было бы объяснить половые различия в пространственных навыках и у человека (см. рис. 2).

Теории, объясняющие половые различия в речевых навыках, также являются спорными. Одна из гипотез гласит: пока мужчины охотились, проводя много времени вдали от дома, остававшиеся дома женщины формировали социальные группы и создавали средства (например, речь) для социального взаимодействия. Мы также можем предположить, что женщины с развитой мелкой моторикой (необходимой для добывания пищи, изготовления одежды и корзин) имели эволюционное преимущество. Взаимосвязь между речью и мелкой моторикой могла способствовать предпочтительному формированию речевых способностей у женщин.

Это интересные гипотезы, но их невозможно проверить. Вероятнее всего, мы никогда не узнаем точную причину возникновения половых различий в организации мозговой деятельности.

- Читать далее "Предпочитаемая рука и организация умственной деятельности - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 7.12.2023