CSA翻译 | Daphna Joel et al.: 超越生殖器官的性别：人类大脑马赛克 (2015)

Sex beyond the genitalia: The human brain mosaic 超越生殖器官的性别：人类大脑马赛克

作者 Daphna Joel, Zohar Berman, Ido Tavor, Nadav Wexler, Olga Gaber, Yaniv Stein, Nisan Shefi, Jared Pool, Sebastian Urchs, Daniel S. Margulies, Franziskus Liem, Jürgen Hänggi, Lutz Jäncke & Yaniv Assaf 出版方 PNAS (国家科学院学报/Proceedings of the National Academy of Science) 出版年 December 2015 DOI 10.1073/pnas.1509654112

注：本文使用DeepL翻译，修改并略去引用

导语

虽然人们一直都承认生殖器官存在分类差异，但这些分类在多大程度上延伸到人类生物学领域的问题仍未得到解决。记录在案的大脑中的性别/社会性别(sex/gender)差异常常被认为是对人类大脑性别二态(dimorphic)观点（“女性大脑(female brain)”或“男性大脑(male brain)”）的支持。然而，只有在大脑特征的性别/社会性别差异具有高度二态性（即这些特征在男性和女性中的形式几乎没有重叠）和内在一致性（即大脑只有“男性”或只有“女性”特征）的情况下，这种区分才有可能。在此，我们对来自四个数据集的1400多个人类大脑的核磁共振成像(MRIs)进行了分析，结果显示，在所有被评估的灰质(gray matter)、白质(white matter)和连接中，女性和男性的分布存在广泛的重叠。此外，对内部一致性的分析表明，大脑特征始终处于“男性-女性(maleness-femaleness)”连续体一端的情况非常罕见。相反，大多数大脑是由独特的“马赛克”特征组成的，有些特征在女性中比男性更常见，有些特征在男性中比女性更常见，还有些特征在女性和男性中都很常见。我们的研究结果在不同样本、年龄、核磁共振成像类型和分析方法下都是可靠的。对5500多人的人格特质、态度、兴趣和行为进行的类似分析也证实了这些发现，该分析表明内部一致性极为罕见。我们的研究表明，虽然大脑存在性别/社会性别差异，但人类大脑并不属于男性大脑/女性大脑这两个截然不同的类别。

从古至今，男性和女性是否构成两个不同类别的问题一直吸引着思想家们。虽然人们一直承认生殖器官上的分类差异，但这些分类在多大程度上延伸到人类生物学中的问题仍未得到解决。记录在案的大脑中的性别/社会性别*差异通常被认为是对人类大脑性别二态观点（“女性大脑”与 “男性大脑”）的支持，从而也是对人类行为、认知、性格、态度和其他社会性别特征的性别二态观点的支持。Joel最近认为，大脑中存在性别/社会性别差异并不足以得出人类大脑属于两个不同类别的结论。相反，这种区分需要满足两个条件：其一，显示性别/社会性别差异的元素形式应该是二态的，也就是说，男性和女性的元素形式很少重叠。其二，单个大脑中不同元素的形态应具有高度的内部一致性（例如，所有元素都具有“男性”形态）。

*我们使用“性别/社会性别”一词是为了说明，研究通常会评估受试者的性别（即是男是女），但观察到的差异可能同时反映了性别和社会性别（即性别的社会建构）的影响。在这里，我们忽略了社会性别对观察到的女性和男性在大脑和行为上的差异可能产生的影响这一重要问题，因为我们想强调的是，无论这些差异的原因是什么（性别、社会性别或它们之间的相互作用），它们加在一起并不能形成两个截然不同的类别，一个是典型的男性类别，另一个是典型的女性类别。

以前对人脑二分法的批评主要集中在这样一个事实上，即大多数性别/社会性别差异都是群体水平上的非二态差异，女性和男性的分布有广泛的重叠，因此声称人脑不能被分为两个截然不同的类别：“男性大脑“和”女性大脑"。然而，如果大脑中每个元素的“男性-女性”程度内在一致，那么仍有可能将大脑排列在 “男性-大脑—女性-大脑 ”的连续体上。大脑性别分化(sexual differentiation of the brain)的经典观点认为这种排列是可以被预测的，因为大脑的雄性化(masculinization)和去雌性化(defeminization)仅受睾酮(testosterone)的影响。相反，最近有证据表明，雄性化和雌性化(feminization)是独立的过程，性别分化在不同的脑组织中独立进行，这预示着内部一致性较差。有证据表明，在不同的环境条件下，性别的影响可能不同甚至相反，而且这些按环境区分的性别的相互作用(sex-by-environment interactions)可能对不同的大脑特征有区别，这进一步预示着内部一致性较差。动物文献中确实有单个大脑缺乏内部一致性的例子，但目前还不清楚这是否是一种普遍现象，是否涉及大多数显示性别差异的特征，是否在大多数个体中都能看到。在这里，我们利用核磁共振成像获得的数据来评估人脑的内部一致性程度（一种可同时评估多个个体多种脑特征的方法）。

我们使用了从几种不同的成像模式中获得的数据集，并用不同的方法进行了分析，以确保我们的结论与测量、分析或样本无关。这些数据集中的受试者人数从138人到855人不等。在每个数据集中，在对所有区域的性别/社会性别差异进行评估后，我们将重点放在性别/社会性别差异最大的区域（即女性和男性重叠最少的区域）。由于在这些区域中，女性和男性的分布也有相当大的重叠，因此不可能将其分为两种截然不同的形式，因此我们测试了个体在大脑各区域中是始终处于“女性-男性”连续统一体的一端还是表现出“实质性变异”，即在某些区域中处于“女性-男性”连续统一体的一端而在其他区域中则处于另一端。我们发现，无论样本、核磁共振成像类型和分析方法如何，实质性变异都比内部一致性更为普遍。

研究结果

对169名女性和112名男性（表1）的T1加权图像进行了预处理，并使用体素形态测量法（voxelbased morphometry,VBM）评估了灰质体积（图1A和图1B）。在使用自动解剖标记图谱（Automated Anatomical Labeling atlas,AAL）定义的116个灰质区域中（图1C），有10个区域显示出最大的性别/社会性别差异（|Cohen's d|> 0.70，最大的|d|为 0.84；所有 P < 0.0001），这些区域被纳入后续分析。根据样本中男性和女性的实际分布情况，将“男性末端(male-end)”和“女性末端(female-end)”区域分别任意定义为最极端的33%男性和女性的得分，而“中间”区域则定义为两者之间的区域（图1D，我们使用“男性末端”和“女性末端”这两个术语分别作为“连续体中男性/女性较多的末端 ”的简称；请注意，我们将连续体分为三个离散等级的方法本质上是将一些女性置于“男性末端”，而将一些男性置于“女性末端”）。图1E使用彩色体积比例尺（如图1D所示）显示了每个女性（左侧）和每个男性（右侧）10个区域的灰质体积，清楚地说明了大多数大脑缺乏内部一致性。后者在图1F中也很明显，图1F显示了女性（红色）和男性（绿色）的 “女性末端”（x轴）和 “男性末端”（y轴）特征的数量。坐标(10,0)、(0,10)和(0,0)处的圆圈分别代表只有“女性末端”、只有“男性末端”或只有“中间”特征的个体；x轴和y轴上的所有其他圆圈代表具有“女性末端”或 “男性末端”特征以及“中间”特征的个体；其余圆圈代表具有很大差异的个体，既有“男性末端”区域，也有“女性末端”区域。35%的大脑表现出很大的变异性，只有6%的大脑具有内部一致性（详见表1）。值得注意的是，对“男性末端”和“女性末端”区域的额外定义（50%、20%和10%）同样显示，与显示内部一致性的大脑相比，显示实质性变异的大脑比例要高得多。重要的是，巨大的差异并不是女性和男性在每个大脑区域的重叠造成的，图S1A描述了这些数据在完全内部一致性条件下的结果（为便于比较，图S1B-D描述了这些数据在内部一致性和不同程度的随机干扰(noise)下的情况，图S1E描述了这些数据在无内部一致性条件下的情况）。

当我们对从1000个功能连接组脑计划(Functional Connectomes Project)中获得的495名女性和360名男性的数据重复同样的分析时，也得到了类似的结果（表1、表S2和图2A）。值得注意的是，两个数据集显示了相似的结果模式，尽管在每个分析所包含的10个区域中，只有两个区域是共同的。为了排除这种结果模式可能是由于两个样本的年龄范围较大造成的，因为有报道称不同年龄组的性别/社会性别差异不同，我们对来自1000个功能连接组脑样本的625个18-26岁的个体（385个女性，240个男性）重复了同样的分析。在52%的大脑中发现了大量变异，而只有2.4%的大脑具有明显的内部一致性（表1、表S1和S2以及图2B）。

为了检验这两个数据集的结果模式是否取决于成像数据的分析类型(VBM)，特别是后者程序中包含的对脑部大小的“校正”，我们对Nathan Kline Institute (NKI)增强样本（167名女性，100名男性）中的一个分组进行了相同的分析，该分组的T1加权图像经过预处理和手动校正，可用于基于皮质表面分析(cortical surface-based analysis)。使用FreeSurfer软件包（Athinoula A. Martinos生物医学成像中心，Harvard University），在原生表面空间中划定了68个皮质区域，并计算了平均皮质厚度值（灰白质边界到软脑脊膜(pial)边界）。这种划定方法可直接比较区域和全脑皮层特征，与上述VBM分析形成鲜明对比，包括对容积模板空间(volumetric template space)进行标准化并对脑部大小进行“校正”。同样在这里，显著的变异性比内部一致性更常见（分别为24%和10.5%；表1、表S2和S3以及图2C）。对这68个皮质区域、23个皮质下灰质区域和77个白质区域的非校正体积进行分析后发现，实质性变异比内部一致性更为常见（分别为23%和2.2%；表1、表S2和S3以及图2D）。后一项发现尤其令人感兴趣，因为在该数据集中观察到的性别/社会性别差异特别大。

为了检验所得结果的模式是否取决于成像类型（T1加权图像），我们对69名女性和69名男性的弥散张量成像（diffusion tensor imaging,DTI）指数进行了同样的分析。我们使用用于VBM的AAL图谱，计算了116个灰质区域中每个区域的平均各向异性分数(fractionalanisotropy)和平均扩散率。平均扩散率的性别/社会性别差异太小，无法通过多重比较校正。对各向异性分数数据的分析表明，28%的大脑存在重大变异，5.8%的大脑存在内部一致性（表1、表S1和S2以及图2E）。

然后，我们使用DTI数据评估大脑的连接性。我们使用确定性纤维束成像技术(deterministic fiber tractography)，估算了用AAL图谱定义的90个灰质区域之间的连接强度。对性别/社会性别差异最大的7个连接（共4005个连接）进行分析后发现，48%的大脑存在很大的变异性，只有0.7%的大脑具有内部一致性（所有连接都处于“中间”区域；表1、表S2和S4以及图2F）。

在人类大脑中观察到的低程度的内部一致性，与人类通常同时拥有“男性”和“女性”心理特征（即显示出性别/社会性别差异的性格特征、态度、兴趣和行为）的研究结果非常吻合。20世纪上半叶，人们曾尝试使用专门编制的量表来测量男性-女性特质，结果发现测量不同社会性别特质的子量表之间的相关性很低，甚至不存在相关性。Janet Spence也得出了类似的结论，认为人类拥有一系列男性和女性特质，而这些特质无法用单维（男性-女性）或双维（男性×女性）模型来捕捉。然而迄今为止，只有少数研究遵循了这一研究思路，而且这些研究只评估了少量变量。因此，我们使用上述方法分析了两个开放数据集，这两个数据集提供了大量受试者的许多心理变量数据：Maryland青少年发展背景研究(Maryland Adolescent Development In Context Study,MADICS)和全国青少年健康纵向研究(National Longitudinal study of Adolescent Health,ADD Health)。

在MADICS提供的不同行为、性格特征和态度测量中，我们分析了性别/社会性别差异最大的七个变量的数据，其中女性382人，男性188人（表1）。59%的受试者存在明显的变异性，只有1.8%的受试者存在内部一致性（均处于“中间”区域；图2G和图S2）。在分析ADD Health研究（一项对具有美国代表性的青少年样本进行的研究）中2239名男性和2621名女性的数据时，也得到了非常相似的结果。70%的受试者存在明显的变异性，只有0.1%的受试者具有内部一致性（所有受试者都处于“中间”区域；图2H、表1和表S5）。

最后，我们将对我们对不同大脑和社会性别相关数据集的分析与对Carothers和Reis的一个行为数据集的类似分析进行了对比，后者的独特之处在于它是唯一一个可以根据性别将人类有意义地分为两个不同类别的行为数据集。该数据集包括10项高度社会性别定型的活动（如玩电子游戏和看脱口秀），这些活动是为了区分该亚文化群体（美国中西部一所大型大学心理学入门班学生）中的女性(n = 157)和男性(n = 106)而特别挑选的。因此，性别/社会性别差异非常大(1.00 < |Cohen's d|< 2.02)，而且几个变量的分布呈双峰状，两端高度倾斜。这个数据集在我们的分析中也很独特（比较图2I和图2A-H），因为在“女性末端”和“男性末端”特征的可能组合中，女性和男性之间几乎没有重叠，而在大多数受试者中，“一致”特征的数量高于“不一致”特征的数量。有趣的是，同样在这个样本中，55%的受试者表现出很大的变异性，只有1.2%的受试者表现出内部一致性（表1、图2I 和图S2）。换句话说，即使考虑到高度刻板的性别行为，也只有极少数人始终处于“女性末端”或“男性末端”，但却有很多人同时具有“女性末端”和“男性末端”特征。此外，虽然一个人的性别足以预测此人是具有更多的“女性末端”特征还是具有更多的“男性末端”特征，但却不足以预测此人“女性末端”和“男性末端”特征的具体组合。

讨论

与之前的研究结果一致，我们对人类大脑结构（包括灰质和白质的大部分区域）的分析以及对连接性的测量，揭示了大脑结构中许多非二态群体层面的性别/社会性别差异。在所有被评估的大脑区域和连接中，女性和男性的分布存在广泛的重叠，无论样本、测量或分析（包括绝对脑容量分析）的类型如何。这种广泛的重叠破坏了任何区分特定大脑特征的“男性”和“女性”形式的尝试。相反，在大多数女性中明显存在的形态在大多数男性中也同样存在（图1D）。因此，以定量的方式（图3）而不是定性的方式（如“男性”、“女性”形态）来描述大脑的测量结果更为恰当，信息量也更大。另一个值得注意的现象是，在不同的数据集中，某些区域的性别/社会性别差异大小差别很大。这一发现与之前的报告一致，即性别/社会性别差异的存在和方向可能取决于环境事件和发育阶段。

本研究的新颖之处在于，它为当前关于性别与大脑关系的思考增加了另一个层面的考虑。具体来说，据我们所知，本研究是首次通过评估单个大脑中不同元素的“男性-女性”程度的内部一致性，从单个大脑元素（如大脑区域的体积）的性别/社会性别差异层面上升到整个大脑的层面。我们的研究结果表明，即使分析仅限于少数表现出最大性别/社会性别差异的脑区（或连接），内部一致性也是罕见的，而且比实质性变异（即在某些元素上处于“男性-女性”连续体的一端，而在其他元素上处于另一端）要少得多。这一发现与样本、年龄、成像类型、成像数据分析方法以及连续体末端的具体定义（即“男性末端”和“女性末端”区域所包含的个体百分比）无关。

我们得出的结论是，在人类大脑中，实质性变异比内部一致性更为常见，这可能会对当前的大脑性别分化理论产生影响，尤其是对“女性大脑是默认通路，而男性大脑是从默认通路分化出来的”这一经典观点产生影响。根据这一观点，我们可以预期，与女性相比，男性在分化程度上可能会有更大的变异，从而导致男性与女性相比，具有更多的实质性变异和“不一致”特征。然而，我们的数据并不支持这一观点，因为在七个数据集中，男性和女性具有实质性变异的比例在统计学上并无差异，而在七个数据集中，只有一个数据集的男性“不一致”特征的平均比例显著高于女性（连通性，P = 0.035）。因此，我们的研究结果表明，实质性变异性比内部一致性更为普遍，而且在表现出实质性变异性的倾向方面缺乏一致的性别/社会性别差异证据，这并不支持传统观点。然而，我们的研究结果与最近的观点一致，即男性化和女性化是两个独立的过程，性别分化在不同的脑组织中是独立进行的，“使得在一个大脑中不同组织的性别分化在遗传和环境因素的诱导下发生变异”。

我们的研究表明，虽然大脑结构存在性别/社会性别差异，但大脑并不分为两类，一类是典型的男性大脑，另一类是典型的女性大脑，它们也不是沿着“男性大脑-女性大脑”的连续统一体排列的。相反，即使只考虑显示出最大性别/社会性别差异的一小部分大脑特征，每个大脑也是一个独特的马赛克特征，其中一些特征可能在女性中比男性更常见，另一些特征可能在男性中比女性更常见，还有一些特征可能在女性和男性中都很常见。观察整个大脑，就能充分了解人脑的异质性，以及男性大脑和女性大脑在形态上的巨大重叠（图3）。

与大脑数据相一致，我们对性别相关数据的分析表明，女性和男性在性格特质、态度、兴趣和行为方面存在广泛的重叠。此外我们还发现，社会性别特征的实质性可变非常普遍，而内部一致性却极为罕见，即使是在性别刻板印象非常严重的活动中也是如此（Carothers和Reis的数据）。这些发现与之前的报告一致，即能力和素质方面的性别/社会性别差异大多不存在或很小，男性和女性在显示出较大性别/社会性别差异的行为、兴趣、职业偏好和态度方面的分布也有广泛的重叠，而且社会性别特征之间没有或只有微弱的相关性。因此，大多数人都具有一个性格特质、态度、兴趣和行为的马赛克，有些在男性中比在女性中更常见，有些在女性中比在男性中更常见，还有一些在女性和男性中都很常见。

结论

人类大脑和社会性别特征缺乏内在一致性，这破坏了人类大脑和行为的二态性观点，并要求我们转变对性别和大脑之间关系的概念化。具体来说，我们应该从把大脑分为两类（一类是男性的典型特征，另一类是女性的典型特征）的观点，转变为欣赏人类大脑马赛克的变异性。在科学上，这种范式的转变需要用考虑到人脑的巨大变异性（而不是将其视为干扰）以及大脑马赛克具体构成的个体差异的分析方法，来取代目前占主导地位的寻找和罗列性别/社会性别差异的做法。在社会层面，采用一种承认人类变异性和多样性的观点，对有关单性别教育的必要性和性别/社会性别作为一个社会类别的意义等长期问题的社会辩论具有重要影响。