Une étude montre des différences de sexe hautement reproductibles dans certains aspects de l’anatomie du cerveau humain

Une analyse scientifique de plus de 2000 scintigraphies cérébrales a trouvé des preuves de différences sexuelles hautement reproductibles dans le volume de certaines régions du cerveau humain. Ce modèle de différences basées sur le sexe dans le volume cérébral correspond aux modèles d’expression des gènes des chromosomes sexuels observés dans les échantillons post-mortem du cortex cérébral, ce qui suggère que les chromosomes sexuels peuvent jouer un rôle dans le développement ou le maintien des différences sexuelles dans l’anatomie cérébrale. L’étude, dirigée par des chercheurs de l’Institut national de la santé mentale (NIMH), qui fait partie des National Institutes of Health, est publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences.

« Développer une compréhension plus claire des différences sexuelles dans l’organisation du cerveau humain est d’une grande importance pour la façon dont nous pensons aux différences sexuelles bien établies en matière de cognition, de comportement et de risque de maladie psychiatrique. Nous avons été inspirés par de nouvelles découvertes sur les différences sexuelles dans les modèles animaux et nous voulions pour essayer de combler l’écart entre ces données animales et nos modèles de différences entre les sexes dans le cerveau humain », a déclaré Armin Raznahan, MD, Ph.D., co-auteur de l’étude et chef de la section NIMH sur la neurogénomique du développement.

Les chercheurs ont longtemps observé des différences fondées sur le sexe dans les structures cérébrales sous-corticales chez la souris. Certaines études ont suggéré que ces différences anatomiques sont en grande partie dues aux effets des hormones sexuelles, donnant du poids à une explication «centrée sur les gonades» des différences fondées sur le sexe dans le développement du cerveau. Cependant, des études plus récentes sur la souris ont également révélé des différences sexuelles cohérentes dans les structures corticales, et les données d’expression génique suggèrent que les chromosomes sexuels peuvent jouer un rôle dans la formation de ces différences sexuelles anatomiques. Bien que le cerveau de la souris partage de nombreuses similitudes avec le cerveau humain, il n’est pas clair si ces résultats clés chez la souris s’appliquent également aux humains.

Pour explorer la base neurobiologique des différences sexuelles dans le cerveau humain, Raznahan, l’auteur principal Siyuan Liu, Ph.D., et ses collègues ont d’abord analysé les données de neuroimagerie collectées dans le cadre du Human Connectome Project (HCP). Les données, obtenues auprès de 976 adultes en bonne santé âgés de 22 à 35 ans, ont révélé des différences sexuelles cohérentes dans le volume de certaines structures corticales. En moyenne, les femelles avaient un volume cortical relativement plus important dans le cortex préfrontal médial et latéral, le cortex orbitofrontal, le cortex temporal supérieur et le cortex pariétal latéral. Les mâles, en moyenne, avaient un volume cortical relativement plus grand dans les régions temporales ventrales et les régions occipitales, y compris le pôle temporal, le gyrus fusiforme et le cortex visuel primaire.

Liu et ses collègues ont ensuite utilisé deux approches complémentaires pour déterminer si ces résultats étaient reproductibles. Tout d’abord, les chercheurs ont effectué 1000 comparaisons à moitié fractionnée en divisant de manière aléatoire l’ensemble de données HCP en deux et en comparant les résultats dans les deux moitiés. Les résultats de ces comparaisons à moitié fractionnée ont indiqué que le schéma des différences fondées sur le sexe du volume cortical était très stable. Deuxièmement, les chercheurs ont quantifié la reproductibilité des résultats du HCP dans un ensemble de données de neuroimagerie indépendant de la UK Biobank. Bien que les ensembles de données présentaient des différences démographiques et méthodologiques notables, les chercheurs ont constaté que le schéma global des différences fondées sur le sexe dans le volume cortical était très cohérent.

Liu et ses co-auteurs ont ensuite croisé leurs découvertes anatomiques avec des cartes publiquement disponibles de l’expression des gènes dans le cerveau, qui sont basées sur 1317 échantillons de tissus post-mortem provenant de six donneurs humains. Les résultats ont indiqué que le modèle spatial des différences sexuelles dans le volume cortical était similaire au modèle spatial de l’expression des gènes du chromosome sexuel dans le cortex. Plus précisément, les régions du cortex avec une expression relativement élevée des gènes des chromosomes sexuels avaient tendance à avoir un plus grand volume cortical chez les hommes que chez les femmes.

Cette correspondance avec l’expression corticale des gènes des chromosomes sexuels est également cohérente avec les résultats d’études antérieures sur la souris, suggérant que les différences sexuelles dans l’anatomie cérébrale peuvent être dues, au moins en partie, à des mécanismes génétiques qui ont été conservés tout au long de l’évolution des mammifères. Ces résultats suggèrent que les différences entre les sexes dans le volume cortical peuvent être influencées par des gènes situés sur les chromosomes sexuels X et Y.

« Les hommes et les femmes diffèrent sur de nombreux facteurs génétiques et environnementaux qui pourraient tous potentiellement influencer le développement du cerveau. Parce qu’il est difficile d’expérimenter chez l’homme, nous nous appuyons souvent sur des données d’observation pour déduire les facteurs génétiques ou environnementaux potentiels des différences entre les sexes du cerveau », a déclaré Raznahan. «Le fait que nous ayons observé un très haut niveau de reproductibilité des différences anatomiques entre les sexes dans différents groupes d’hommes et de femmes, et un lien entre ces différences et l’expression des gènes des chromosomes sexuels, suggère que ces différences ne sont probablement pas principalement le résultat d’effets environnementaux uniquement. « 

Les chercheurs ont également comparé les résultats anatomiques avec les données de plus de 11 000 études de neuroimagerie fonctionnelle. Les résultats ont indiqué un chevauchement spatial entre les zones du cerveau qui ont montré des différences basées sur le sexe dans le volume cortical dans l’ensemble de données HCP et les zones du cerveau associées au traitement du visage dans les études de neuroimagerie fonctionnelle.

Pris ensemble, ces résultats mettent en lumière les mécanismes qui peuvent contribuer aux différences fondées sur le sexe dans l’anatomie du cerveau et mettent en évidence des facteurs génétiques qui peuvent contribuer aux différences fondées sur le sexe dans les maladies cérébrales et le comportement. Avec ces résultats corrélatifs comme feuille de route, les recherches futures pourront étudier plus efficacement les causes et les conséquences des différences entre les sexes dans le cerveau humain.