Гендерные различия строения анатомического коннектома головного мозга человека по данным МР-трактографии 21.05.2024

Гендерные различия строения анатомического коннектома головного мозга человека по данным МР-трактографии

Проводящая система головного мозга отличается у мужчин и женщин, причем не только на уровне крупных анатомических трактов, но также на уровне пучков, из которых они состоят.

ОБОСНОВАНИЕ


Выявление гендерных различий строения го­ловного мозга в свете бурно развивающейся ней­ронауки с каждым годом приобретает все более важное значение в планировании экспериментов и последующей оценке полученных результа­тов [1]. Например, для части психиатрических за­болеваний показаны клинические и эпидемиоло­гические особенности, связанные с полом [2, 3]. В противовес существующая в психологии гипоте­за о гендерной схожести, сформированная в ходе исследований [4], до сих пор является доминирую­щей, однако часто дополняется данными об опре­деленной вариабельности получаемых результа­тов [5]. При структурном анализе мозга человека продемонстрирована разница не только в объеме и толщине коры некоторых зон мозга, но также и в размерах крупных проводящих путей белого вещества [6].

Все больше внимания исследователей голов­ного мозга приковано к относительно новому по­нятию коннектом: так называют полное описание структуры связей в нервной системе организма. На анатомическом уровне коннектом может быть оценен посредством магнитно-резонансной трак­тографии при построении проводящих путей [7].

В данном исследовании мы оценили гендер­ную разницу проводящих путей мужчин и женщин во всем объеме головного мозга (за исключением мозжечка) по данным МР-трактографии без перво­начального выделения крупных трактов белого ве­щества. Анатомическую локализацию выявленных изменений определяли путем наложения специа­лизированного атласа для МР-трактографии.

Использовался показатель количественной ани­зотропии (quantitative anisotropy, QA), который ха­рактеризует различие свойств среды вдоль прово­дящего пути: чем выше этот показатель, тем более сонаправлены проводящие пути, и наоборот, чем показатель ниже, тем более хаотично их направле­ние в рамках исследуемого объема [8].

Цель исследования — оценить гендерные раз­личия проводящих путей белого вещества голов­ного мозга у здоровых добровольцев.


МЕТОДЫ


Дизайн исследования

В исследование были включены здоровые до­бровольцы (n=41), прошедшие предварительный отбор, включающий осмотр врачами-специалистами и проведение ряда инструментальных иссле­дований для исключения общесоматической пато­логии и патологии центральной нервной системы (ЦНС). Всем испытуемым выполнялась МР-трактография, по результатам которой реконструирова­ли связи внутри белого вещества головного мозга. 

Затем, согласно половой принадлежности, форми­ровались две исследуемые группы добровольцев: 21 женщина и 20 мужчин, после чего производи­лась оценка различий показателя количественной анизотропии (QA) реконструированных проводя­щих путей головного мозга между исследуемыми группами.

Критерии соответствия

На отборочном этапе каждый участник про­ходил осмотр терапевта, невролога и психиатра (сбор жалоб и анамнеза, терапевтический осмотр, оценка неврологического и психического статуса соответственно) для исключения возможной сома­тической и психической патологии.

Помимо этого, проводился ряд инструменталь­ных исследований для исключения возможной общесоматической патологии и патологии ЦНС, который состоял из электроэнцефалографии, дуп­лексного сканирования брахиоцефальных арте­рий, транскраниального дуплексного сканирования, трансторакальной ЭхоКГ и структурной магнитно­резонансной томографии (МРТ) с выполнением вре­мяпролетной МР-ангиографии головного мозга.

Критерии невключения: наличие в анамнезе серьезных заболеваний ЦНС (инсульт, эпилепсия, опухоль, аневризма, внутричерепные хирургиче­ские вмешательства или операции на спинном моз­ге); беременность; онкологический анамнез; серь­езное хирургическое вмешательство или тяжелая травма в последние 12 мес; нарушения сознания и поведения; наличие соматических заболеваний в стадии декомпенсации; наличие психических за­болеваний в анамнезе; прием психотропных пре­паратов на момент осмотра; наличие одного из видов зависимости к психоактивным веществам; противопоказания к проведению МРТ; плохое ка­чество полученного МР-исследования; признаки внутричерепного микро- и макрокровоизлияния по данным МРТ, а также любая другая патология ЦНС, выявленная по данным исследования.

Критерии исключения: отзыв согласия на учас­тие; беременность; отсутствие связи (контроля) с пациентом.

Условия проведения

Все исследования проведены на базе ФГБУ «ФЦМН» ФМБА России на добровольной основе. Материально-финансовое вознаграждение и/или иные поощрения добровольцев отсутствовали.

Продолжительность исследования

Набор добровольцев осуществлялся в период с июня по декабрь 2021 года.

Описание методики исследования

Все исследования проводились на магнитно-ре­зонансном томографе Discovery MR750w (GE Health­care, США) с индукцией магнитного поля 3,0 Тл с помощью 32-канальной головной катушки. Для исследования проводящих путей белого вещества головного мозга использовалась диффузионно­взвешенная эхо-планарная импульсная последова­тельность со следующими параметрами: TE 91,7 мс, TR 10559 мс, 64 диффузионных направления, b-value 1500 с/мм2, размер вокселя 2,5х2,5х2,5 мм. Даль­нейшая обработка данных производилась в про­граммном пакете DSI-Studio (dsi-studio.labsolver.org).

На этапе первичной обработки данных компен­сировался сдвиг вдоль границ мозга, вызванный артефактами магнитной восприимчивости, для этого использовалась дополнительная диффузи­онно-взвешенная эхо-планарная импульсная по­следовательность с развернутым на 180° фазоко­дирующим градиентом (по сравнению с основной серией). Затем данные реконструировались в нор­мализованной системе координат MNI (Montreal Neurological Institute) с использованием деформиру­ющейся реконструкции q-пространства (QSDR) [9], показатель diffusion sampling length ratio был ра­вен 1,25, финальное разрешение после реконструк­ции составило 2х2х2 мм.

Статистический анализ между группами муж­чин и женщин для построенных таким образом проводящих путей головного мозга производил­ся с использованием непараметрической корре­ляции Спирмена, уровень отсечки по T-score был равен 2,5, выбран детерминированный алгоритм отслеживания трактов [10].

Показатель количественной анизотропии ис­пользовался с поиском проводящих путей во всем мозге за исключением мозжечка.

Фильтрация полученного массива проводящих путей осуществлялась с использованием атласа на основе данных Human Connectome Project, со­зданного на 1065 добровольцах [11] в 33 итерациях. Для выделения различий в проводящих путях го­ловного мозга между исследуемыми группами при­менялась поправка на множественные сравнения (коррекция False Discovery Rate) с уровнем p=0,05. Минимальная длина реконструированных трактов составляла 10 вокселей (20 мм).

Этическая экспертиза

Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБУ «ФЦМН» ФМБА России, выписка от 17 мая 2021 года.

Статистический анализ

Размер выборки предварительно не рассчиты­вался, главными факторами служили пропускная способность всех необходимых для отбора иссле­дований, а также равное количество испытуемых в группах.

Анализ данных, в том числе статистический, производился в программном пакете DSI-Studio (dsi-studio.labsolver.org). Использовалась непараме­трическая корреляция Спирмена для реконструи­рованных проводящих путей в обеих группах с по­правкой на множественные сравнения и уровнем значимости 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Объекты (участники) исследования

Всего в исследование был включен 41 человек, из них 21 женщина (51,2%) и 20 мужчин (48,8%). Медиана  возраста женщин составила 29 [26; 35] лет, мужчин — 34 [26; 38] года. Большинство испытуемых (n=39) были правшами; 1 мужчина и 1 женщина — левшами.

Основные результаты исследования

Все данные МР-трактографии реконструирова­лись с использованием алгоритма деформирующей­ся реконструкции q-пространства (QSDR), который включал в себя нормализацию данных в простран­стве MNI, благодаря чему нивелировалась разница в объеме различных участков мозга у доброволь­цев. Затем реконструировалась проводящая систе­ма белого вещества головного мозга (за исключе­нием мозжечка), и производился анализ QA вдоль каждого реконструированного тракта. Статистиче­ская оценка в исследуемых группах производилась для каждого тракта с поправкой на множественные сравнения. Результаты анализа представлялись в виде реконструкции различным цветом. На рис. 1 представлены тракты с наибольшим показателем QA для мужчин, на рис. 2 — для женщин.

При наложении полученных результатов в од­ном объеме заметно перекрытие некоторых вы­явленных проводящих путей белого вещества, в то же время выявляются и различия: результаты представлены на рис. 3.

Визуальная оценка полученных данных затрудне­на ввиду большого количества реконструированных трактов. В связи с этим дополнительно к визуальному представлению была произведена автоматическая классификация всех выявленных различий согласно трактографическому атласу HCP842 [12] (табл. 1).


Этот анализ показал, что у лиц обоих полов классифицировались схожие проводящие пути го­ловного мозга с преобладающим показателем ко­личественной анизотропии. Для этих трактов, как показано в примере на рис. 4, часть составляющих их пучков обладает наибольшими значениями QA у мужчин, а часть пучков — у женщин. При класси­фикации они были отнесены в один анатомический тракт или его часть. Помимо этого, трактографи­ческий атлас HCP842 выделяет различные пучки одного анатомического тракта, что позволяет вы­явить эту разницу для некоторых из них.

У мужчин преобладали проводящие пути недо­минантного аркуатного пучка справа (большинство испытуемых правши), тракты поясной извилины, передние отделы корково-стриарного пути, корти­коретикулярный путь справа, а также часть верх­него продольного пучка слева и справа.