脑部扫描、尸检解剖、人工智能和实验室小鼠揭示了大脑中与性别相关的差异。我们明白它们的含义吗？

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你拿着两个皱巴巴的人脑，每个脑子都滴在甲醛里。先看一个，然后再看另一个。你能分辨出哪个大脑是女性，哪个是男性吗？

你不能。

至少从古希腊时代开始，人类就一直在寻找大脑中基于性别的差异，这在很大程度上是一种徒劳的练习。部分原因是人类大脑没有两种不同的形式，美国国家心理健康研究所（National Institute of Mental Health）发育神经基因组学部主任阿明·拉兹纳汉（Armin Raznahan）博士说。

但男性和女性大脑有何不同的问题可能仍然很重要，因为脑部疾病和精神疾病在两性之间的表现不同。专家认为，理清这种差异在多大程度上植根于生物学与环境可能会带来更好的治疗方法。

纽约大学朗格尼分校放射学系研究副主席、临床科学家兼研究副主席 Yvonne Lui 博士说，大脑有许多不同的疾病——精神和神经系统疾病——它们的患病率不同，并且在性别之间以不同的方式表达。“试图了解基线差异可以帮助我们更好地了解疾病的表现方式。”

现在，部分归功于人工智能 （AI），科学家们开始利用其细胞结构和神经回路的细微差异可靠地区分男性和女性大脑，这些神经回路在从视觉感知到运动再到情绪调节的广泛认知任务中发挥作用。其他研究指出，人类大脑结构的性别差异可能从出生开始就存在，还有一些基于实验室的动物研究指出，脑细胞在分子水平上如何放电的性别差异。

目前完全不清楚的是，这些差异在多大程度上很重要。它们会改变人们大脑的功能或他们对疾病的易感性吗？他们应该决定医生为每位患者提供哪些治疗吗？即使科学家们确定了女性和男性之间细微的大脑差异，他们的研究也不可避免地遇到了棘手的问题，即性、性别和文化如何相互作用以塑造人类认知。

现在，不可能回答这些重大问题。但是，正在进行和未来的研究——侧重于实验室动物、人类染色体和大脑发育，以及从青年到成年的跟踪对象——可能会开始揭示这些基于性别的差异如何具体影响认知，并最终影响大脑疾病的发展。

从历史上看，科学家们利用所谓的大脑差异来笼统地陈述男性和女性的思维和行为方式，并为女性天生不如男性聪明和能力的性别歧视信念辩护。

虽然早期的研究已被抹黑，但现代研究仍然发现男性和女性之间的认知差异——至少平均而言是这样。例如，据报道，男性在空间能力测试中表现更好，而女性更擅长解释他人的面部表情。但是，男性和女性在社会中的成长和待遇非常不同，那么这些差异的根源是什么呢？是天生的还是后天培养的，还是两者兼而有之？

“实际上，在人类中......因果区分性别差异在多大程度上是由社会或环境驱动的，“拉兹纳汉说。“我们有所有这些假设和偏见，它们都在我们没有意识到的情况下通过后门溜进了我们的脑海。”

鉴于研究大脑性别差异的可疑历史，以及以正确的方式进行研究的后勤困难，人们可能会想知道科学家为什么要费心。对许多人来说，这是因为男性和女性的神经系统疾病和精神疾病似乎表现不同，生物和环境因素都可以解释为什么会这样。

数据表明，女性患抑郁症和偏头痛的几率高于男性，而男性患精神分裂症和自闭症的几率更高。男性患帕金森病的人数大约是女性的两倍，但患有这种疾病的女性往往病情进展更快。所有这些数据都来自不一定区分性与性别的研究——“性”描述的是生物学，而“性别”反映了自我认同，以及社会角色和压力。将这两个概念混为一谈会混淆我们对为什么存在给定差异的理解。

例如，青春期女孩比男孩更容易患抑郁症，这可能与他们成熟的大脑如何处理压力或他们在那个年龄遇到比男孩更多压力事件的可能性有关。相反，男孩的大脑是否使他们对抑郁症有抵抗力，或者他们实际上由于社会耻辱而没有得到诊断？这些问题的答案指向不同的解决方案。

科学家们认为，了解神经和精神疾病差异背后的生物学因素可能会为每种性别带来更好、量身定制的治疗方法。（图片来源：照片插图由 Marilyn Perkins 提供;来源图片由 hidesy 通过 Getty Images 提供）

多亏了 MRI 等大脑扫描技术，科学家们发现了各种大脑结构的大小、形状和厚度的细微性别差异，以及连接大脑不同部分的网络的差异。

但是，当你考虑到雄性和雌性之间的平均大小差异时，这些差异是微小的，甚至可以忽略不计，罗莎琳德·富兰克林医科大学神经科学教授、《粉红大脑，蓝脑》一书的作者利斯·艾略特（Lise Eliot，Houghton Mifflin Harcourt，2009 年）。

艾略特及其同事最近研究了大约 30 年的研究，发现平均而言，男性大脑在出生时比女性大脑大 6%，到成年后会大 11%。这是有道理的，因为平均大脑大小会随着平均体型而变化，而男性的身体往往更大。但是，研究人员得出结论，当你考虑到这种总体大小差异时，男性和女性大脑之间更细微的结构差异会缩小到可以忽略不计的程度。

“大脑中可能存在物种范围的性别差异，但到目前为止，它们还没有得到证实，”艾略特。“所以，如果它们存在，它们一定非常小。”

尽管如此，一些科学家报告了他们认为不随体型而变化的差异。一些例子来自一个研究小组，该小组处理了 40,000 多个成人大脑的 MRI 数据，这些大脑被扫描到 UK Biobank，这是一个来自英国 500,000 名成年人的医疗数据的存储库。

男性和女性大脑之间最确定的结构差异是全脑体积的平均差异。在许多（但不是全部）研究中，雄性的壳核往往更大。Eliot 及其同事认为，关于其他结构（如海马体、伏隔核和丘脑）大小差异的发现在研究中差异更大。英国生物样本库研究中报告了上述差异。（图片来源：Marilyn Perkins）

在那项研究中，雄性有一个更大的丘脑，这是一个感觉信息的中继站。他们还有一个更大的壳核，这有助于控制运动并形成反馈循环的一部分，告诉你一个动作是否执行得好。平均而言，女性的左侧伏隔核较大，是大脑奖励中心的一部分，海马体更大，海马体是事实和事件的短期记忆的存储场所，也有助于将信息转移到长期记忆中。

但无论是这项研究还是其他研究，都没有揭示出可靠地区分给定男性大脑和女性大脑的特定特征，因为在每种性别中看到的大小范围在很大程度上是重叠的，Raznahan 及其同事在一封回复该研究的信中指出。

信的作者指出，对于确实存在的少数大小差异，目前无法说它们是否解释了与性别相关的认知差异，或者它们是否真的使男性和女性的认知更加相似。他们写道，也许男性和女性大脑的运作方式略有不同，以达到相同的输出——以“抵消”可能影响大脑功能的激素或遗传学差异。

“当我们只是谈论描述测量中的差异时，这并不是说它是否具有任何功能相关性，”Raznahan 强调说。

虽然大规模的结构特征可能无法区分男性和女性大脑，但 AI 正在帮助发现可能区分两者的其他更微妙的特征。其中一些差异出现在大脑的微观结构水平上，即其单个细胞和这些细胞的组成部分。

例如，2024 年 5 月发表的一项研究使用不同的 AI 模型来分析 1,030 名 22 至 37 岁的年轻人的脑部扫描。该研究主要集中在白质上，即在神经元之间运行的绝缘布线束。“我相信我们的研究是第一项检测性别之间大脑微观结构差异的研究，”该研究的合著者 Lui 说。

AI 模型分析了大脑中局部标志（例如连接大脑两半的胼胝体）和连接远处细胞的高速公路的差异。它还研究了白质捆绑在一起的方式以及这些束的密度和绝缘程度的差异。

这些算法在 92% 到 98% 的时间内准确预测了与给定扫描相关的受试者的性别。Lui 说，准确性的剩余差距可能归结为“人类的巨大差异”。

大脑的任何单个部分都不能用于进行预测;一个模型依赖于白质的 15 个不同区域。不过，所有模型都显示出一些一致性，其中穿过中线的最大白质结构，即胼胝体，作为关键脱颖而出。

该图显示了对预测给定研究参与者性别很重要的白质区域（标记为红色）。具体来说，该图突出显示了由于独特的“分数各向异性”而重要的区域，这是白质完整性的常见度量。左侧的标签对应于研究中使用的三种 AI 算法。（图片来源：Chen， et al. （2024） doi： 10.1038/s41598-024-60340-y （CC by 4.0))

Lui 及其同事的研究并非旨在解决个人的成长环境如何塑造大脑。它的目的也不是要把大脑中的生物差异与植根于性别的差异区分开来。

性别描述了解剖学、生理学、激素和染色体的生物学差异。性特征分为男性或女性，尽管有些人的特征并不完全属于任何一类。另一方面，性别是文化的。它包括人们如何识别和表达自己，以及他人如何对待和期望他们表现自己。性别包括男性和女性，以及其他性别，包括属于非二元性别总称或特定文化所独有的性别，例如夏威夷的 māhū。

从历史上看，研究将性和性别混为一谈。为了梳理这些因素并了解每个因素在大脑中是如何表现的，随着时间的推移跟踪人们的大脑发育会很有帮助——新的研究已经开始这样做。

例如，2024 年的一项研究考察了 500 多名新生儿的平均脑容量：即使考虑到出生体重的差异，男性的大脑总体上也大了 6%，而女性的灰质与白质比率更高。（灰质是神经元的细胞体，主要存在于大脑的外层，称为皮层。灰质的平均差异也出现在成年人身上，这是有道理的，因为较大的大脑需要更多的白质来在相距遥远的细胞之间传递信号。

从统计学上讲，这些大局大脑差异比在较小结构中看到的差异更显着。女性的胼胝体更大，海马体周围和称为左前扣带回 （ACG） 的关键情绪处理中心有更多的灰质。男性在参与感觉处理的颞叶部分以及丘脑底核中有更多的灰质，这是运动控制的关键。但性别只能解释这些结构中观察到的一小部分差异。

与成人一样，不同性别的儿童的全脑体积差异一直被报道。关于大脑较小特征的大小差异的数据在研究中不太一致。上图反映了 2024 年新生儿研究的结果。（图片来源：Marilyn Perkins）

作者指出，其中一些大脑差异“从出生后的最早阶段就存在”并持续到成年。这主要适用于全局差异，但也可能适用于一些较小的差异。例如，一些研究（但不是全部）表明，成年女性的左侧 ACG 也更大，而不仅仅是婴儿。

出生时存在的持久差异可能是基于性别的。但是，在以后的生活中出现或消失的差异，如海马体中的差异，可能受到环境的影响，或者反映了发育中的性别差异，包括青春期荷尔蒙的变化。

像这样的研究可以帮助梳理性和性别对大脑的影响。目前，我们对这些因素如何独立和协同塑造大脑的理解存在“巨大差距”，纽约范斯坦医学研究所（Feinstein Institutes for Medical Research）精神病学助理教授埃尔维沙·达马拉（Elvisha Dhamala）说。

Dhamala 及其同事最近希望利用青少年大脑和认知发展 （ABCD） 研究的数据来填补这一空白，这是一项针对大脑发育和儿童健康的大型研究。他们纳入了来自近 4,800 名儿童的功能性 MRI （fMRI） 扫描;fMRI 跟踪大脑中的血流，以间接测量大脑活动。每个孩子在 9 岁或 10 岁时加入研究，并将接受 10 年的随访，这将使后续研究成为可能。

功能磁共振成像扫描突出显示了相连的大脑区域，或当孩子们执行不同任务时亮起的网络，包括需要他们回忆几个图像的记忆测试。孩子们和他们的父母还回答了有关孩子们对自己性别的感受以及他们通常如何玩耍和表达自己的问题。“这不是任何临床问题，”Dhamala 指出。“这只是代表你性别的行为的一个方面。”

这些答案用于为每个孩子生成 “分数”，AI 算法可以将其用作数据点。

该图说明了皮层中的大脑网络以及非皮层结构（左上）与儿童的性别和性别之间的关联。右上角的热图显示了各种网络与性别之间的相关性，暖色表示相关性较强，冷色表示相关性较弱。底部的两个热图显示与父母问卷生成的性别分数的相关性。左下图显示了出生时被分配为女性的儿童 （AFAB） 的数据，右下图显示了出生时被分配为男性的儿童 （AMAB） 的数据。（图片来源：Dhamala 等人 （2024） doi： 10.1126/sciadv.adn4202）

该算法最终揭示了与性和性别相关的两个截然不同的大脑网络。与性别最密切相关的大脑差异是在负责处理视觉刺激和身体感觉、控制运动、做出决定和调节情绪的网络中发现的。与性别相关的差异分布更广泛，涉及皮层许多区域内部和之间的联系。

在精确定位这些网络后，研究人员训练他们的 AI 算法根据大脑活动“预测”儿童的性别或性别。他们准确地确定了大多数儿童的性别，这与 Lui 的研究结果相似。事实证明，性别更加棘手：Dhamala 说，在孩子们的问卷回答中，人工智能无法预测他们在性别连续体中的位置，而在父母的回答中，它的预测能力超过了偶然性，但仍比对性别的预测“低得多”。

尽管如此，这项研究强调了一个未被充分研究的观点：她说，性别以不同于性别的方式塑造大脑。

有趣的是，在 Lui 和 Dhamala 的人工智能研究之间可以划出一些试探性的界限。它们不能直接比较，因为这两项研究使用了不同类型的分析，并侧重于大脑的不同特征。但 Dhamala 告诉 Live Science，前一项研究中标记的许多物理白质束与后者中强调的功能网络相对应。

例如，扣带——一种围绕胼胝体的白质束——似乎是 Lui 研究中做出预测的关键。它还将 Dhamala 研究中标记的各种网络链接在一起，包括参与情绪处理的回路。Dhamala 说，这表明性别差异存在于这些网络的物理解剖结构及其激活模式中。

根据 Raznahan 2020 年合著的一篇论文，科学家们在梳理大脑中的性别差异方面取得了一些进展，但要真正了解这些差异，研究人员需要进行更多的动物研究，以便进行更多的实验控制。

例如，对实验室大鼠的各种研究已经揭示了雄性和雌性如何在神经元之间形成连接，以及每种性别如何处理恐惧记忆的差异。

Raznahan 及其同事补充说，在人类中，科学家可以在孩子出生时收集更多的大脑数据，以查明在孩子遇到任何文化影响之前可能存在的基线差异，然后随着时间的推移跟踪孩子。

另一种选择是研究 X 或 Y 染色体独有的人类基因。例如，通过观察性染色体多余或缺失的人，科学家们已经开始揭示这些基因如何使大脑结构膨胀或收缩，从而导致性别大小差异。染色体也可能增加或降低患疾病的风险——例如，携带额外的 Y 会增加一个人患有自闭症的可能性，而额外的 X 则不会。这可能有助于解释为什么通常携带 1 个 X 和 1 Y 的男性比通常携带 2 个 X 的女性自闭症发病率更高。

目前，此类研究在美国的命运尚不确定。

在新总统政府的行政命令的推动下，美国国家科学基金会（National Science Foundation）一直在梳理正在进行的研究项目，看看它们是否包含可能违反上述命令的词语，如“女性”、“女性”和“性别”，而美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）似乎存档了一项长期存在的政策，要求研究中同时涉及雄性和雌性实验动物。

“有很多不确定性，”。如果最坏的情况成为现实，“消除性别成分，或使研究性别差异变得更加困难，将推动我们倒退而不是前进。

但是，如果这个领域幸存下来，未来的工作可能会像 ABCD 研究那样纳入性别，使用问卷来生成综合分数，Dhamala 说。她补充说，作为开始，科学家们至少可以询问研究参与者他们认为自己的性别是什么。其他专家也同意这一点。

通过采用这些策略，科学家可以极大地推进这一可追溯到亚里士多德的研究领域。他们的努力可以为自然与自然的无休止的争论提供新的话题。他们可以发现有意义的性别差异，为更好地治疗抑郁症、阿尔茨海默氏症等铺平道路。或者他们可以强调 “异性” 的成员实际上更相似而不是不同。