中国人大脑白质的两性异形及其与认知功能的关系

Sexual dimorphism of the brain structures and functions are still pendent among the world. And how does the gender factor influence the cognitive function of human brain has not been resolved up to now. A lot of work has been done to explore the sexual dimorphism of the cerebral cortex, but less has been done to the white matter. For this reason, we continue to explore the gender difference of the white matter as well as its correlation with the cognitive function based on the independently developed "Chinese standard digital brain atlas" and the sexual dimorphism of the cerebral cortex, so as to provide morphological information for neuropsychology, brain function study and clinical medical research and practice. A total of 200 healthy Chinese young subjects (100 males and 100 females) with age- and education-matched will be included in this study. High-resolution three-dimensional structural MR images and DTI data will be acquired on a 3.0 Tesla SIEMENS MR scanner. And the behavior data of the cognitive function will be collected using a standard protocol. Some advanced techniques and well-validated image analysis methods e.g. imaging processing, voxel-based morphometry (VBM), fiber bundle tracking and three-dimensional tract reconstruction based on region of interest (ROI) and Tract-based spatial statistics (TBSS) will be used to analyze and calculate the correlated eigenvalue and eigenvector of the white matter of the whole brain and the fiber bundle of the regional white matter. And multiple analysis of variance (ANOVAs) will be used to do statistics processing in order to find out the existence, position and degree of the white matter differences between men and women. Further more, Some softwares such as SPM will be used to do statistical correlation analysis of the behavior data correlated with the eigenvalue of the white matter in order to explore the white matter structure basis of the brain cognitive functions.

脑形态和功能的性别二态性是世界范围内悬而未决的问题，性别因素如何影响人脑认知功能至今未有定论。人脑皮质的两性异形研究较多，而白质的两性异形研究甚少。为此，本课题在自主研发的"中国人数字化标准脑图谱"和大脑皮质性别差异研究的基础上探讨大脑白质的两性异形及其与认知功能的关系，以期为神经心理学、脑功能研究及临床研究和实践提供形态学基础。 选用200例（男女各半）健康青年的3.0Tesla三维结构MR图像、DTI数据以及认知功能行为学数据，用基于体素的形态测定法（VBM）、基于ROI的纤维束追踪和重建、基于白质骨架的空间统计分析（TBSS）等技术对局部白质纤维束和全脑白质相关特征值和特征矢量做精确分析计算，多重方差分析（ANOVAs）行统计学处理，旨在探明中国人大脑白质性别差异的存在、差异部位和程度。利用SPM等软件对行为学数据与白质相关特征值做统计相关分析，旨在探明人脑认知功能的白质结构基础。

脑结构和功能的性别差异是脑科学研究的重要组成部分，也是至今悬而未决的问题。大量的研究发现人类大脑皮质的体积、皮质厚度、表面积和折叠度均存在一定的性别差异。而脑白质的解剖结构信息比较缺乏，尤其是关于大脑白质性别差异的研究甚少。. 在本研究中，我们选择126例年龄和受教育程度匹配良好的健康青年男、女志愿者的高质量三维结构MR图像、DTI数据和静息态fMRI数据，并且利用符号数字转换测试（SDMT）、词语流畅性测试、数字广度测试（DS）等认知心理学量表对志愿者进行测试，获取注意、记忆、执行等认知功能的行为学数据。. 首先我们选用三维结构MR图像建立标准空间，把个体的DTI图像线性配准到标准空间内，然后利用FSL软件对DTI数据进行预处理，获得FA图和MD图等数据，分别利用基于体素的分析法（VBA）和基于骨架的空间统计分析（TBSS）等方法对男女两组局部白质纤维束和全脑白质相关特征值和特征矢量做组间比较，发现大脑白质存在两性差异，主要位于胼胝体额钳、内囊、皮质脊髓束和脑干等部位。我们进一步以这些部位为感兴趣区（ROI）进行纤维束追踪和重建。对行为学数据进行统计分析发现结果没有显著性，但在注意和短时记忆等功能上有性别差异的趋势。. 除此之外，扩展的内容还有：（1）利用结构MRI数据建立全脑模板以及概率性脑结构分割图谱；（2）对下额枕束进行分段，探索其与注意功能的关系；（3）利用DTI 数据建立结构脑网络，探索注意功能与结构脑网络的全局效能和局部效能之间的联系；（4）利用结构MRI数据研究性别对大脑中央沟侧化的影响。（5）利用胎儿脑MR图像研究海马结构的发育，初步探讨大脑结构性别差异的起源。本课题发表SCI论文5篇，培养硕士生1名，协助培养博士生3名。参加国际会议1次，全国性会议3次。. 我们的研究结果表明大脑白质存在一定的性别差异，而且与认知功能的性别差异有一定的相关性。此结果为神经心理学、脑结构和功能的性别差异研究以及临床研究和实践提供了详实的形态学基础。