想象一下，你手里各握著一顆皺巴巴的人類大腦，滴著甲醛溶液。你看向其中一個，再看看另一個。你能分辨出哪一顆屬于女性，哪一顆屬于男性嗎？

你無法做到。

自古希臘時期起，人類就一直試圖尋找男女大腦的區(qū)別，但這種努力大多收效甚微。這在一定程度上是因?yàn)椋祟惔竽X并不存在兩種截然不同的形態(tài)。美國國立精神衛(wèi)生研究所發(fā)育神經(jīng)基因組學(xué)科主任阿爾明·拉茲納漢（Armin Raznahan）博士表示：“我不認(rèn)為有任何大腦測量指標(biāo)能夠完全區(qū)分出男性和女性。”

盡管如此，研究男女大腦的差異仍然意義重大，因?yàn)樵S多腦部疾病和精神障礙在不同性別之間的表現(xiàn)各不相同。專家認(rèn)為，厘清這些差異究竟源于生物學(xué)還是環(huán)境因素，可能有助于開發(fā)更有效的治療方法。

“許多精神和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病率在性別間有所不同，表現(xiàn)方式也各異。”紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心放射科副主席、臨床科學(xué)家伊馮娜·呂（Yvonne Lui）博士表示，“理解這些基本差異，可以幫助我們更好地認(rèn)識疾病的發(fā)生機(jī)制。”

如今，得益于人工智能，科學(xué)家們開始能夠可靠地區(qū)分兩性大腦——這種區(qū)分基于神經(jīng)元的微觀結(jié)構(gòu)，以及在視覺感知、運(yùn)動控制和情緒調(diào)節(jié)等多種認(rèn)知任務(wù)中發(fā)揮作用的神經(jīng)回路的細(xì)微差異。其他研究則表明，某些基于性別的人腦結(jié)構(gòu)差異可能從出生時就已存在。此外，實(shí)驗(yàn)室動物研究還揭示，腦細(xì)胞在分子層面的放電模式也存在性別差異。

但目前仍然不清楚的是，這些差異究竟有多大意義。它們是否影響大腦功能或疾病的易感性？醫(yī)生是否應(yīng)該根據(jù)這些差異制定個性化治療方案？盡管科學(xué)家們正在逐步揭示男女大腦的微妙區(qū)別，但他們的研究仍不可避免地涉及到性別、生理特征與文化如何交織在一起，塑造人類認(rèn)知的復(fù)雜問題。

目前，科學(xué)家們還無法解答這些重大問題。然而，正在進(jìn)行的研究以及未來的研究——涉及實(shí)驗(yàn)室動物、人類染色體與大腦發(fā)育研究，以及從青少年時期一直追蹤至成年的被試者研究——可能會開始揭示這些基于性別的大腦差異如何具體影響認(rèn)知，并最終影響大腦疾病的發(fā)展。

為什么要研究基于性別的大腦差異？

歷史上，科學(xué)家曾利用所謂的大腦差異來對男性和女性的思維方式和行為方式進(jìn)行泛化，并以此來支持性別歧視觀點(diǎn)，認(rèn)為女性天生不如男性聰明或能力較弱。

盡管這些早期研究已被推翻，但現(xiàn)代研究仍然發(fā)現(xiàn)，男性與女性在認(rèn)知方面確實(shí)存在一些差異——至少在平均水平上如此。例如，有研究表明，男性在空間能力測試中表現(xiàn)更好，而女性在解讀他人面部表情方面更勝一籌。然而，男性和女性在社會中成長和受到的對待方式大相徑庭，那么這些差異的根源究竟是什么？它們是先天的，還是后天塑造的，抑或是兩者兼有？

“在人類研究中，想要明確區(qū)分某種性別差異到底是由社會環(huán)境驅(qū)動的，還是由生物因素決定的，實(shí)際上是極其困難的。”拉茲納漢博士說道，“我們的大腦會無意識地吸收各種假設(shè)和偏見，它們就像從后門悄悄溜進(jìn)來，讓我們意識不到它們的存在。”

鑒于過去對大腦性別差異的研究存在許多不嚴(yán)謹(jǐn)甚至誤導(dǎo)性的地方，再加上想要正確研究這一問題的種種現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，很多人可能會質(zhì)疑：科學(xué)家們?yōu)槭裁催€要研究它？對許多研究人員來說，答案在于，神經(jīng)系統(tǒng)疾病和精神疾病在男性和女性身上的表現(xiàn)方式不同，而這可能既與生物學(xué)因素有關(guān)，也受到環(huán)境因素的影響。

數(shù)據(jù)顯示，女性患抑郁癥和偏頭痛的比例高于男性，而男性則更容易患精神分裂癥和自閉癥。此外，帕金森病在男性中的發(fā)病率大約是女性的兩倍，但女性患者的病情往往進(jìn)展得更快。然而，這些研究通常并未嚴(yán)格區(qū)分“生理性別”（sex）和“社會性別”（gender）這兩個概念——“生理性別”指的是生物學(xué)上的區(qū)別，而“社會性別”則涉及個體的自我認(rèn)同，以及社會角色和外界壓力。如果將這兩個概念混為一談，就會讓我們更難理解某種特定差異究竟源于何種因素。

例如，青春期女孩患抑郁癥的可能性比同齡男孩更高，這可能與她們正在發(fā)育的大腦處理壓力的方式有關(guān)，也可能是因?yàn)樗齻冊谶@一時期經(jīng)歷的壓力事件比男孩更多。反過來說，男孩的大腦是否讓他們對抑郁癥更具抗性？還是說，他們實(shí)際上只是因?yàn)樯鐣姸宦┰\？對這些問題的不同回答，可能會指向截然不同的解決方案。

大腦結(jié)構(gòu)的總體差異，微不足道的區(qū)別

借助磁共振成像（MRI）等腦部掃描技術(shù)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，男女在大腦各個結(jié)構(gòu)的大小、形狀和厚度上存在一些微妙的差異，連接大腦不同區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也有所不同。

然而，當(dāng)將男性和女性的平均體型差異考慮在內(nèi)時，這些大腦差異實(shí)際上微乎其微，甚至可以忽略不計。莉絲·艾略特（Lise Eliot）——羅莎琳·富蘭克林醫(yī)學(xué)院、《粉色大腦，藍(lán)色大腦》（Pink Brain, Blue Brain）一書的作者——持這一觀點(diǎn)。

艾略特和她的同事最近回顧了過去約30年的研究，發(fā)現(xiàn)男性大腦在出生時平均比女性大腦大6%，并在成年后擴(kuò)大到11%。這很合理，因?yàn)榇竽X的平均體積通常與身體的平均體型呈正比，而男性的身體普遍比女性更大。然而，當(dāng)研究人員將整體體積差異納入考量后，男女大腦在結(jié)構(gòu)上的微妙區(qū)別幾乎縮小到可以忽略的程度。

“也許人類大腦確實(shí)存在一些廣泛的性別差異，但迄今為止，并沒有確鑿的證據(jù)證明它們的存在。”艾略特表示，“如果這些差異真的存在，那它們一定非常細(xì)微。”

盡管如此，仍有科學(xué)家報告了一些不隨身體體型變化的性別差異。例如，一個研究團(tuán)隊分析了英國生物樣本庫（UK Biobank）收集的超過4萬名成年人的MRI數(shù)據(jù)，該生物庫存儲著來自50萬英國成年人的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。

目前最為確鑿的男女大腦結(jié)構(gòu)差異，是整體大腦體積的平均差異。在許多（但并非所有）研究中，男性的殼核（putamen）往往較大。而關(guān)于其他大腦結(jié)構(gòu)——例如海馬體（hippocampus）、伏隔核（nucleus accumbens）和丘腦（thalamus）——的體積差異，研究結(jié)果則存在較大變動。艾略特及其同事認(rèn)為，這些差異的穩(wěn)定性尚存爭議。上述差異已在英國生物樣本庫（UK Biobank）研究中被報道。

圖片來源：Marilyn Perkins

在該研究中，男性的丘腦體積更大——丘腦是大腦中的一個中繼站，負(fù)責(zé)傳遞感覺信息。此外，男性的殼核也較大，這一結(jié)構(gòu)有助于控制運(yùn)動，并參與一個反饋回路，幫助個體判斷某個動作是否執(zhí)行得當(dāng)。相比之下，女性的左側(cè)伏隔核平均較大，該結(jié)構(gòu)是大腦獎勵系統(tǒng)的一部分。同時，女性的海馬體也更大，海馬體不僅存儲事實(shí)和事件的短期記憶，還負(fù)責(zé)將這些信息轉(zhuǎn)化為長期記憶。

然而，無論是這項(xiàng)研究，還是其他相關(guān)研究，都未能找到一個可以可靠地區(qū)分男性大腦和女性大腦的特征。拉茲納漢及其同事在一封回應(yīng)該研究的信中指出，男女大腦的體積范圍在很大程度上是重疊的，因此僅憑結(jié)構(gòu)上的細(xì)微差異，并不能明確區(qū)分性別。

對于這些少量存在的體積差異，目前尚無法確定它們是否解釋了某些性別相關(guān)的認(rèn)知差異。相反，也有可能正是這些差異讓男性和女性在認(rèn)知功能上變得更加相似。研究人員在信中寫道，或許男女大腦的運(yùn)作方式略有不同，但最終實(shí)現(xiàn)了相同的認(rèn)知輸出——這一過程可能是對激素或基因差異影響大腦功能的一種“平衡補(bǔ)償”（counterbalance）。

“當(dāng)我們僅僅是在描述某個測量上的差異時，這并不意味著它在功能上具有任何實(shí)際意義。”拉茲納漢強(qiáng)調(diào)。

人工智能揭示微妙差異

雖然大規(guī)模的大腦結(jié)構(gòu)特征無法明確區(qū)分男性和女性的大腦，但人工智能正在幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)更微妙的區(qū)別。其中一些差異體現(xiàn)在大腦的微觀結(jié)構(gòu)層面，即個體神經(jīng)元及其組成部分的層次。

例如，2024年5月發(fā)表的一項(xiàng)研究利用不同的AI模型分析了1030名年齡在22至37歲之間的年輕成人的大腦掃描數(shù)據(jù)。該研究主要關(guān)注白質(zhì)——它由大量髓鞘包裹的神經(jīng)纖維組成，負(fù)責(zé)在神經(jīng)元之間傳遞信息。“我認(rèn)為我們是第一個檢測到兩性大腦微觀結(jié)構(gòu)差異的研究團(tuán)隊。”該研究的合著者伊馮娜·呂表示。

AI模型分析了大腦中的局部標(biāo)志性結(jié)構(gòu)（如連接左右腦半球的胼胝體），以及連接遠(yuǎn)距離細(xì)胞的神經(jīng)通路。研究還考察了白質(zhì)的束縛方式、密度以及髓鞘的完整性。

結(jié)果顯示，這些AI算法能夠以92%至98%的準(zhǔn)確率預(yù)測大腦掃描圖像所屬個體的生理性別。呂博士指出，剩余的誤差很可能是由于“人類個體之間存在巨大的變異性”所致。

值得注意的是，沒有任何單一大腦區(qū)域可以獨(dú)立用于預(yù)測性別。其中一個模型依賴于15個不同的白質(zhì)區(qū)域來進(jìn)行分類。不過，所有模型都顯示出一些一致的模式，尤其是胼胝體——它是大腦中最大的白質(zhì)結(jié)構(gòu)，橫跨左右腦半球——在區(qū)分性別方面顯得尤為關(guān)鍵。

此圖顯示了在研究中被AI識別為重要的白質(zhì)區(qū)域（紅色標(biāo)記）。具體而言，該圖突出顯示了那些在“分?jǐn)?shù)各向異性”（fractional anisotropy）方面存在明顯差異的區(qū)域，這是衡量白質(zhì)完整性的一個常見指標(biāo)。圖中左側(cè)的標(biāo)簽對應(yīng)于研究中使用的三種AI算法。

圖片來源：Chen, et al. (2024) doi: 10.1038/s41598-024-60340-y (CC by 4.0)

從出生開始的大腦差異

呂博士及其同事的研究并未設(shè)計用于探討個體的成長經(jīng)歷或環(huán)境如何塑造大腦，也沒有試圖區(qū)分哪些大腦差異源于生物學(xué)，哪些與社會性別有關(guān)。

在科學(xué)定義上，生理性別指的是解剖結(jié)構(gòu)、生理特征、激素水平和染色體的生物學(xué)差異。一般而言，生理性別特征被劃分為男性或女性，但并非所有人的性別特征都能完全歸入這兩個類別。社會性別則屬于文化范疇，它涉及個體的自我認(rèn)同和表達(dá)方式，以及社會對他們的期待和對待方式。社會性別不僅包括“男性”和“女性”，還包括其他身份，例如非二元性別，以及特定文化中獨(dú)有的性別，例如夏威夷文化中的māhū。

歷史上，許多研究都將生理性別和社會性別混為一談。要想厘清這兩個因素在大腦中的具體表現(xiàn)，最有效的方法是長期追蹤個體的大腦發(fā)育過程——而最新研究正開始朝這個方向推進(jìn)。

例如，2024年發(fā)表的一項(xiàng)研究分析了500多名新生兒的平均大腦體積，發(fā)現(xiàn)即便在考慮了出生體重的差異后，男性嬰兒的大腦仍然比女性嬰兒大6%。同時，女性嬰兒的大腦灰質(zhì)與白質(zhì)的比例更高。（注：灰質(zhì)主要由神經(jīng)元細(xì)胞體構(gòu)成，主要分布在大腦的外層皮層。）有趣的是，這種灰質(zhì)比例的平均性別差異在成人大腦中同樣存在。這也符合邏輯——因?yàn)檩^大的大腦需要更多的白質(zhì)，以便在遠(yuǎn)距離的神經(jīng)元之間傳遞信號。

從統(tǒng)計學(xué)來看，這些整體性的大腦差異比某些小規(guī)模結(jié)構(gòu)的差異更加顯著。研究還發(fā)現(xiàn)：女性的胼胝體相對較大，海馬體周圍的灰質(zhì)更多，而且在左側(cè)前扣帶回（ACG）——一個關(guān)鍵的情緒處理區(qū)域——也擁有更多的灰質(zhì)。男性在顳葉的部分區(qū)域（涉及感官處理）以及底丘腦核（負(fù)責(zé)運(yùn)動控制）中，擁有更多的灰質(zhì)。不過，性別因素只能解釋這些大腦結(jié)構(gòu)變化中的一小部分。

正如在成人研究中所觀察到的那樣，不同性別的兒童在整體大腦體積上的差異也得到了一致性的證實(shí)。然而，關(guān)于大腦較小結(jié)構(gòu)的體積差異，不同研究的結(jié)果則不太一致。上方的圖表展示了2024年新生兒研究的發(fā)現(xiàn)。

圖片來源：Marilyn Perkins

研究作者指出，其中一些大腦差異從出生后的最早階段就已存在，并會持續(xù)到成年。這些差異主要體現(xiàn)在整體大腦結(jié)構(gòu)上，但某些較小的局部差異也可能具有持續(xù)性。例如，一些研究（但并非所有研究）表明，左側(cè)前扣帶回在成人女性中同樣比男性更大，而不僅僅是在嬰兒期。

對于從出生起就存在且持續(xù)存在的差異，很可能是生理性別相關(guān)的生物學(xué)特征。然而，那些在生命后期才出現(xiàn)或消失的差異（例如海馬體的變化），則可能受到環(huán)境因素的影響，或者反映出與生理性別相關(guān)的發(fā)育過程，包括青春期的激素變化等因素。

社會性別與生理性別

這類研究有助于厘清生理性別與社會性別對大腦的獨(dú)立及相互影響。然而，目前科學(xué)界對這兩者如何塑造大腦的理解仍然存在巨大空白。埃爾維莎·達(dá)馬拉（Elvisha Dhamala），紐約范斯坦醫(yī)學(xué)研究所（Feinstein Institutes for Medical Research）精神病學(xué)助理教授表示：“在這方面，我們的認(rèn)知仍然存在‘巨大缺口’。”

達(dá)馬拉及其同事最近嘗試填補(bǔ)這一空白，他們利用了青少年大腦與認(rèn)知發(fā)育研究（ABCD研究）的數(shù)據(jù)——這是一項(xiàng)美國大型研究，旨在探索兒童的大腦發(fā)育與健康狀況。研究團(tuán)隊分析了近4800名兒童的功能磁共振成像（fMRI）掃描數(shù)據(jù)。（注：fMRI 通過檢測大腦血流變化，提供大腦活動的間接測量。）這些兒童在9歲或10歲時加入研究，并將在未來10年內(nèi)持續(xù)接受追蹤，這為未來的縱向研究提供了可能。

在研究中，fMRI記錄了大腦不同區(qū)域的活動模式，尤其是當(dāng)孩子們執(zhí)行各種任務(wù)（例如記憶測試，回憶多張圖片）時，哪些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被激活。此外，研究人員還讓孩子和家長填寫問卷，回答關(guān)于孩子對自身性別的感受，以及他們在日常游戲和表達(dá)方式上的傾向。

達(dá)馬拉解釋說：“這并不涉及任何臨床診斷，只是用來衡量一種行為特征，它能反映你的性別認(rèn)同。”

研究團(tuán)隊使用這些問卷答案生成了“性別得分”，然后輸入AI算法作為數(shù)據(jù)點(diǎn)，以探索性別認(rèn)同與大腦活動之間的關(guān)系。

此圖展示了大腦皮層網(wǎng)絡(luò)及非皮層結(jié)構(gòu)（左上）與兒童生理性別和社會性別之間的關(guān)聯(lián)。右上方的熱圖顯示了不同腦網(wǎng)絡(luò)與生理性別的相關(guān)性，顏色越暖表示相關(guān)性越強(qiáng)，顏色越冷表示相關(guān)性較弱。下方兩張熱圖顯示了基于家長問卷計算出的性別得分與大腦活動的相關(guān)性。左下方的熱圖代表出生時被指定為女性（AFAB）的兒童，右下方的熱圖代表出生時被指定為男性（AMAB）的兒童。）

圖片來源：Dhamala, et al. (2024) doi: 10.1126/sciadv.adn4202

最終，AI算法揭示了兩組在很大程度上獨(dú)立的大腦網(wǎng)絡(luò)，分別與生理性別和社會性別相關(guān)。與生理性別相關(guān)的大腦差異主要集中在處理視覺信息、身體感知、運(yùn)動控制、決策制定和情緒調(diào)節(jié)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。與社會性別相關(guān)的大腦差異則更加分散，涉及大腦皮層多個區(qū)域之間的連接。

在確定了這些大腦網(wǎng)絡(luò)后，研究人員利用AI訓(xùn)練算法，嘗試根據(jù)大腦活動預(yù)測孩子的生理性別或社會性別。預(yù)測生理性別的準(zhǔn)確率很高，與呂博士研究的結(jié)果類似。預(yù)測社會性別則更具挑戰(zhàn)性：基于孩子們自己填寫的問卷答案，AI無法準(zhǔn)確預(yù)測他們在性別認(rèn)同的光譜上的位置。基于家長填寫的問卷答案，AI的預(yù)測能力略高于隨機(jī)水平，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對生理性別的預(yù)測準(zhǔn)確率。

盡管如此，達(dá)馬拉博士表示，這項(xiàng)研究突出了一個長期被忽視的概念：社會性別會以不同于生理性別的方式塑造大腦。

有趣的是，盡管呂博士和達(dá)馬拉博士的AI研究方法不同，關(guān)注的大腦特征也不同，但它們之間仍存在某些相互關(guān)聯(lián)的線索。達(dá)馬拉博士表示，在呂博士的研究中被AI識別出的關(guān)鍵白質(zhì)通路，與她的研究中發(fā)現(xiàn)的功能性大腦網(wǎng)絡(luò)存在一定程度的重疊。

例如，扣帶束——圍繞胼胝體的一條白質(zhì)通路，在呂博士的研究中被識別為關(guān)鍵預(yù)測因素。而在達(dá)馬拉博士的研究中，扣帶束連接的多個功能性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也被AI識別出來，包括與情緒處理相關(guān)的回路。這表明，性別差異可能同時存在于這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)和它們的激活模式中，達(dá)馬拉博士總結(jié)道。

性別差異研究的未來

科學(xué)家在探究大腦中的性別差異方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但要真正理解這些區(qū)別，還需要進(jìn)行更多動物實(shí)驗(yàn)，以便更好地控制變量。拉茲納漢博士在2020年合著的一篇論文中指出，這一點(diǎn)對于未來研究至關(guān)重要。

目前，實(shí)驗(yàn)室大鼠研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些性別相關(guān)的大腦差異，例如雌雄個體在神經(jīng)元之間形成連接的方式不同，以及它們對恐懼記憶的處理方式存在差異。

在人類研究方面，科學(xué)家可以在新生兒出生時收集更多大腦數(shù)據(jù)，以確定在個體接觸任何文化影響之前是否已存在基線差異，然后再對其進(jìn)行長期追蹤。拉茲納漢博士及其同事指出，這種方法可以幫助我們更準(zhǔn)確地解析哪些差異源于生物學(xué)，哪些受到環(huán)境影響。

另一種研究思路是分析X染色體和Y染色體上獨(dú)有的人類基因。例如，研究那些額外攜帶或缺失性染色體的個體，有助于科學(xué)家揭示某些基因如何影響大腦結(jié)構(gòu)的體積增減，并由此產(chǎn)生性別差異。此外，染色體還可能影響疾病風(fēng)險。例如：額外攜帶一條Y染色體會提高自閉癥的發(fā)生率，而額外攜帶一條X染色體則不會。這可能有助于解釋為什么男性（通常攜帶一條X和一條Y）患自閉癥的概率高于女性（通常攜帶兩條X）。

然而，目前美國的性別研究正面臨不確定性。

受新一屆政府行政命令的影響，美國國家科學(xué)基金會（NSF）正在審查現(xiàn)有研究項(xiàng)目，檢查其中是否包含某些“敏感詞匯”，如“女性”（woman）、“雌性”（female）和“性別”（gender）。與此同時，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）似乎已經(jīng)歸檔了一項(xiàng)長期政策，該政策原本要求所有研究必須同時使用雌性和雄性實(shí)驗(yàn)動物。

“現(xiàn)在一切都充滿不確定性。”她擔(dān)憂道，如果出現(xiàn)最糟糕的情況，“刪除性別因素，或者讓性別差異研究變得更加困難，只會讓我們倒退，而非前進(jìn)”。

但如果該研究領(lǐng)域能夠繼續(xù)發(fā)展，未來的研究可以借鑒ABCD研究的方法，例如使用問卷調(diào)查生成社會性別得分。達(dá)馬拉博士表示，作為一個起點(diǎn)，科學(xué)家至少可以詢問研究參與者的性別認(rèn)同，這將有助于在研究中更準(zhǔn)確地區(qū)分生理性別與社會性別。其他專家也支持這一觀點(diǎn)。

如果這些策略得以實(shí)施，科學(xué)家們將能夠大幅推進(jìn)這個自亞里士多德時代以來就存在的研究領(lǐng)域。他們的研究可能為“先天與后天”之爭提供新的視角，揭示性別相關(guān)的大腦差異，從而推動抑郁癥、阿爾茨海默病等疾病的個性化治療，或者最終證明所謂的“異性”其實(shí)比我們想象的要更加相似。

作者：Nicoletta Lanese

譯者：EY

原文：https://www.livescience.com/health/neuroscience/is-there-really-a-difference-between-male-and-female-brains-emerging-science-is-revealing-the-answer