[論文レビュー] Human Sexual Dimorphism of the Relative Cerebral Area Volumes in the Data of the Human Connectome Project

Balázs Szalkai, Vince Grolmusz|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2016

Advanced Neuroimaging Techniques and Applications参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、ヒューマン・コンネクトーム・プロジェクトの511名の被験者から得たT1強調および拡散MRIデータを分析し、相対的脳領域体積における性差を調査した。FreeSurferを用いた画像分類とホルム＝ボンフェローニ補正を施した相関解析を用い、ほとんどの脳領域において女性の相対的灰色 matter および皮質下体積が男性よりも顕著に大きいことが判明した。特に左右半球間の相関強度に顕著な差が認められた。

ABSTRACT

The average human brain volume of the males is larger than that of the females. Several MRI voxel-based morphometry studies show that the gray matter/white matter ratio is larger in females. Here we have analyzed the recent public release of the Human Connectome Project, and by using the diffusion MRI data of 511 subjects (209 men and 302 women), we have found that the relative volumes of numerous subcortical areas and the gray matter of most cortical areas are significantly larger in women than in men. Additionally, we have discovered differences of the strengths of the sexual correlations between the same structures in different hemispheres.

研究の動機と目的

• ヒューマン・コンネクトーム・プロジェクトの高分解能MRIデータを用いて、相対的脳領域体積における性差を調査すること。
• 全脳体積を補正した上で、相対的灰色 matter および皮質下体積が男性と女性で顕著に異なるかどうかを特定すること。
• 同じ脳構造について、左右半球間での性差の強度に差が認められるかどうかを検討すること。
• 今後の神経解剖学的研究のため、被験者レベルの相対的体積推定値を公開可能なデータセットとして提供すること。
• 年齢、教育、利き手などの混同要因を避けるため、分析においてこれら変数の統計的補正を施さないこと。

提案手法

• ヒューマン・コンネクトーム・プロジェクトのS500リリースに含まれる511名の被験者（男性209名、女性302名）からT1強調および拡散MRIデータを取得した。
• 各領域（ROI）について、FreeSurferで得られた厚さと面積の積を用いて皮質灰色 matter 体積を算出した。
• 全脳基準としてFreeSurfer総脳マスク体積（FS_Mask_Vol）を用い、各ROIの体積をその値で除算することで相対的体積を計算した。
• 115のROIそれぞれについて、性別（1=男性、2=女性）と相対的体積のピアソン相関を実施した。
• 両側検定によるt検定でp値を算出し、115のROIにわたる多重比較補正のためにホルム＝ボンフェローニ法を適用した。
• 匿名化された被験者レベルの相対的体積データおよび統計結果を、公開データリポジトリ（http://uratim.com/relvol/tables.zip）を通じて提供した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全脳体積を補正した上で、相対的灰色 matter および皮質下体積が男性と女性で顕著に異なるか？
• RQ2 どの特定の脳領域が相対的体積における性差の顕著な特徴を示すか？
• RQ3 同様の脳構造について、左右半球間での性差の強度に差が認められるか？
• RQ4 全体的な傾向が女性に有利であるにもかかわらず、男性の相対的体積が大きい脳領域は存在するか？
• RQ5 115の脳領域にわたる多重比較補正を施した後、観察された差の堅牢性はどの程度か？

主な発見

• 全灰色 matter の相対的体積は女性（平均 = 0.4218）が男性（平均 = 0.4131）よりも顕著に大きく、相関係数は0.2749（p = 0）であった。
• 皮質下灰色 matter の相対的体積は女性（平均 = 0.03797）が男性（平均 = 0.0364）よりも顕著に大きく、相関は0.3564（p = 0）であった。
• 左側上頭頂小葉の相対的体積は女性（平均 = 0.00781）が男性（平均 = 0.00734）よりも顕著に大きく、相関は0.311（p = 0）であった。
• 右側側頭極の相対的体積は女性（平均 = 0.00101）が男性（平均 = 0.00094）よりも顕著に大きく、相関は0.2787（p = 0）であった。
• 左・右尾状体、海馬、視床など、複数の領域で女性の相対的体積が顕著に大きく、相関係数は0.2376から0.2704の範囲であった。
• 後頭中縁回および側頭前額皮質領域では、左半球における性差の強度が顕著に強く、半球特異的な相関強度の差が確認された。