[논문 리뷰] Human Sexual Dimorphism of the Relative Cerebral Area Volumes in the Data of the Human Connectome Project

Balázs Szalkai, Vince Grolmusz|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 20.

Advanced Neuroimaging Techniques and Applications참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 인간 연결도 프로젝트의 511명의 피험자에서 T1 가중 및 산란 MRI 데이터를 분석하여 상대 뇌 영역 부피의 성별 차이를 조사한다. FreeSurfer 기반 분할 및 Holm-Bonferroni 보정된 상관 분석을 통해 대부분의 뇌 영역에서 여성의 상대적 회색질 및 피질하 부피가 남성보다 유의미하게 크며, 양측 반구 간 상관 강도의 차이가 두드러진다.

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.

연구 동기 및 목표

• 인간 연결도 프로젝트의 고해상도 MRI 데이터를 이용하여 상대 뇌 영역 부피의 성별 차이를 조사한다.
• 총 뇌 부피를 기준으로 보정한 후, 남성과 여성 간 상대적 회색질 및 피질하 부피에 유의미한 차이가 있는지 확인한다.
• 동일한 뇌 구조물에 대해 좌우 반구 간 성별 차이의 강도가 어떻게 달라지는지 조사한다.
• 미래의 신경해부학적 연구를 위해 개별 피험자 수준의 상대 부피 추정치를 공개 가능한 데이터 세트로 제공한다.
• 연령, 교육 수준, 편측성과 같은 혼란 변수를 분석에서 통계적 보정 없이 제거함으로써 영향을 최소화한다.

제안 방법

• 인간 연결도 프로젝트의 S500 배포판에서 511명의 피험자(남성 209명, 여성 302명)의 T1 가중 및 산란 MRI 데이터를 확보했다.
• 각 영역의 관심 영역(ROI)에 대해 FreeSurfer에서 유도한 두께와 면적 값을 곱하여 피질 회색질 부피를 계산했다.
• 각 ROI의 부피를 FreeSurfer 총 뇌 마스크 부피(FS_Mask_Vol)로 나누어 전체 뇌 기준으로 상대 부피를 계산했다.
• 115개 ROI 각각에 대해 성별(남성=1, 여성=2로 코드화)과 상대 부피 간 피어슨 상관 분석을 수행했다.
• 양측 t-검정을 통해 p-값을 산출하고, 모든 ROI에 걸쳐 다중 비교 보정을 위해 Holm-Bonferroni 방법을 적용했다.
• 익명화된 개별 피험자 수준의 상대 부피 데이터 및 통계 결과를 공개 데이터 저장소(http://uratim.com/relvol/tables.zip)를 통해 제공했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 총 뇌 부피로 정규화한 후, 상대적 회색질 및 피질하 부피가 남성과 여성 간에 유의미하게 다를까?
• RQ2 어느 특정 뇌 영역에서 상대 부피의 성별 차이가 가장 뚜렷한가?
• RQ3 동일한 뇌 구조에 대해 좌우 반구 간 성별 차이의 강도가 다를까?
• RQ4 전반적인 추세가 여성의 더 큰 부피를 지향함에도 불구하고, 일부 뇌 영역에서 남성의 상대 부피가 더 클 수는 있을까?
• RQ5 115개 뇌 영역에 걸쳐 다중 비교 보정을 한 후 관찰된 차이의 강건성은 어떠한가?

주요 결과

• 전체 회색질의 상대 부피는 여성에서 유의미하게 더 크며(평균 = 0.4218), 남성보다 더 크며(평균 = 0.4131), 상관계수는 0.2749(p = 0).
• 피질하 회색질의 상대 부피는 여성에서 유의미하게 더 크며(평균 = 0.03797), 남성보다 더 크며(평균 = 0.0364), 상관계수는 0.3564(p = 0).
• 좌측 상부 두정엽은 여성에서 유의미하게 더 큰 상대 부피를 보이며(평균 = 0.00781), 남성보다 더 크며(평균 = 0.00734), 상관계수는 0.311(p = 0).
• 우측 시간엽 꼬리부위는 여성에서 유의미하게 더 큰 상대 부피를 보이며(평균 = 0.00101), 남성보다 더 크며(평균 = 0.00094), 상관계수는 0.2787(p = 0).
• 좌측 및 우측 캐우데이트, 해마, 시상과 같은 여러 영역에서 여성의 상대 부피가 유의미하게 더 크며, 상관계수 범위는 0.2376에서 0.2704 사이였다.
• 연구는 후두부cingulate 및 측측 전두엽의 일부 영역에서 좌측 반구에서 성별 차이의 강도가 더 강하다는 반구 특이적 차이를 규명했다.