[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究利用人类连接组计划中511名受试者（209名男性，302名女性）的T1加权和扩散加权MRI数据，通过FreeSurfer分割与Holm-Bonferroni校正的皮尔逊相关性分析，探讨了相对脑区体积的性别差异。研究发现，除少数区域外，女性在大多数脑区的相对灰质和皮层下体积显著大于男性，且左右半球间相关性强度存在显著差异。

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.

研究动机与目标

• 利用人类连接组计划的高分辨率MRI数据，研究相对脑区体积的性别差异。
• 确定在不考虑总体脑体积的情况下，相对灰质和皮层下体积在男性与女性之间是否存在显著差异。
• 检验相同脑结构在左右半球间性别差异强度是否存在差异。
• 为未来神经解剖学研究提供公开可获取的受试者水平相对体积估计数据集。
• 通过不在分析中对年龄、教育程度和惯用手等混杂变量进行统计控制，避免其干扰。

提出的方法

• 从人类连接组计划S500版本中获取511名受试者（209名男性，302名女性）的T1加权和扩散加权MRI数据。
• 通过将FreeSurfer生成的皮层厚度与区域面积值相乘，计算每个感兴趣区域（ROI）的皮层灰质体积。
• 通过将每个ROI的体积除以FreeSurfer总脑掩膜体积（FS_Mask_Vol）来计算相对体积，该值作为全脑参考。
• 对115个ROI中的每一个，计算性别（编码为1=男性，2=女性）与相对体积之间的皮尔逊相关性。
• 采用双尾t检验计算p值，并使用Holm-Bonferroni方法对所有ROI的多重比较进行校正。
• 通过公共数据存储库（http://uratim.com/relvol/tables.zip）提供去标识化的受试者水平相对体积数据与统计结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 当以总体脑体积进行标准化后，相对灰质和皮层下体积在男性与女性之间是否存在显著差异？
• RQ2 哪些特定脑区表现出最显著的相对体积性别差异？
• RQ3 对于同源脑结构，左右半球间的性别差异强度是否存在差异？
• RQ4 是否存在某些脑区，尽管整体趋势显示女性体积更大，但男性相对体积反而更大的情况？
• RQ5 在对115个脑区进行多重比较校正后，观察到的差异是否依然稳健？

主要发现

• 总灰质的相对体积在女性中显著大于男性（女性均值 = 0.4218，男性均值 = 0.4131），相关系数为0.2749（p = 0）。
• 皮层下灰质的相对体积在女性中显著大于男性（女性均值 = 0.03797，男性均值 = 0.0364），相关系数为0.3564（p = 0）。
• 左侧顶内沟上部区域的相对体积在女性中显著大于男性（女性均值 = 0.00781，男性均值 = 0.00734），相关系数为0.311（p = 0）。
• 右侧颞极的相对体积在女性中显著大于男性（女性均值 = 0.00101，男性均值 = 0.00094），相关系数为0.2787（p = 0）。
• 多个区域（包括左、右尾状核、海马体和丘脑）在女性中表现出显著更大的相对体积，相关系数范围为0.2376至0.2704。
• 研究识别出半球特异性差异，例如在后扣带皮层和外侧眶额皮层区域，左侧半球的性别差异强度更强。