Гендерные особенности строения префронтальной коры мозга мужчин и женщин

Введение. В последнее время в литературе накоплен большой материал, свидетельствующий о том, что префронтальные отделы коры мозга человека отвечают за сложные когнитивные и поведенческие функции. При поражении префронтальной коры у человека наблюдается нарушение программирования произвольных движений и действий, расстройство механизма самоконтроля, критического мышления, решения задач, способности планировать и прогнозировать, делать выводы. Префронтальная кора мозга человека участвует в принятии решений и в формировании рабочей памяти [6, 14, 15].

В литературе имеются данные, свидетельствующие о наличии гендерных отличий функциональной асимметрии при повреждении структур префронтальной коры в левом и правом полушарии мозга мужчин и женщин. У мужчин серьезные дефекты социального поведения, эмоциональной обработки и принятия решения наблюдались при повреждении префронтальной коры правого полушария. У женщин при правостороннем ее повреждении дефекты были незначительны или отсутствовали. В то время, как повреждение у них левого сектора префронтальной коры приводит к тяжелым нарушениям этих функций [17].

Префронтальные отделы коры мозга человека располагаются в передней части лобной доли, занимая орбитальную, медиальную и дорсомеди-альную поверхность полушарий. Корковые поля лобной области относятся к филогенетически новым структурам мозга. Большой вклад в их развитие внесло поле 10, которое увеличилось от 11,6-14,3% у обезьян до 22,4% у человека [4].

В последние десятилетия развитие МРТ-ис-следований значительно увеличило число работ по изучению протяженности и глубины борозд, толщины коры, объема белого и серого вещества в различных частях и секторах лобной доли мозга. Большое внимание в этих работах уделяется межполушарным и гендерным отличиям [5, 9, 13, 16, 18, 19]. Однако, клеточное строение префронтальной коры мозга человека до настоящего времени остается недостаточно изученным.

В последнее время в нейроморфологии повысился интерес к изучению функции глиальных элементов, их роли в нервном процессе в норме и патологии, а также их взаимосвязи с нейроном при различных воздействиях на нервную систему [3, 8]. Между мужчинами и женщинами в корковых и подкорковых структурах мозга выявлены гендерные отличия в плотности всей глии, доли сателлитных глиоцитов и нейронов, окруженных ими [1, 2, 7].

Цель исследования – изучить межполушарные и гендерные отличия цитоархитектоники поля 10 префронтальной коры мозга мужчин и женщин с использованием современных морфометрических методов исследований.

Материал и методы исследования. Ци-тоархитектонические исследований коры поля 10 проведены на непрерывных сериях парафиновых фронтальных тотальных срезов толщиной 20 мкм, окрашенных крезилом фиолетовым по методу Ниссля. Изучено 8 полушарий мозга мужчин и 10 полушарий мозга женщин в возрасте 19-33 года, не страдавших психическими и неврологическими заболеваниями.

На каждом 40-м срезе была проведена ци-тоархитектоническая дифференцировка поля 10 в соответствии с его характеристикой, принятой в Институте мозга [10]. Исследование проведено на извилинах базальной поверхности полушарий мозга на уровне 1-2,5 см от лобного полюса.

На стереомикроскопе МБС-9 с цифровой камерой-окуляром на вершине извилин проводилось измерение толщины коры и толщины ассоциативного слоя III (n=30).

На комплексе электронно-оптического анализа изображений «Leica» (Германия) в этом же слое в идентичных местах левого и правого полушарий мозга измерялась площадь профильного поля нейронов, в которых четко выделялось ядро и ядрышко (n=100-130, об. х40, ок. х10). По величине площади профильного поля в слое III нейроны были разделены на три класса: мелкие (до 150 мкм2), средние (от 150 до 270 мкм2), крупные (свыше 270 мкм2).

В 7-ми полях зрения были подсчитаны: ко- личество нейронов, количество всей глии, число нейронов, окруженных сателлитной глией, их доля от всех нейронов, число сателлитных глиоцитов и их доля от всей глии. Вычислялся глиальный индекс. Сателлитными глиоцитами считались те, которые располагались от нейронов в пределах диаметра ядра глиоцита. Подсчитывались только те нейроны и глиоциты, которые имели четкий контур. В работе приводятся данные среднего значения (М) и стандартного отклонения (SD) количества нейронов и глиоцитов на площади 1 мм2 ткани мозга. Статистическая обработка данных выполнена в программе Statistica 8.0 с использованием парного теста Вилкоксона, U-критерия Мана-Уитни, значимыми считали отличия при уровне р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Поле 10 префронтальной коры мозга, как у мужчин, так и у женщин, располагается в самой ростральной части полушарий, занимая базальную, медиальную и дорсо-латеральную их поверхности. Цитоархитектонически оно достаточно хорошо дифференцируется в результате наличия характерных для обеих популяций признаков: средней величины толщины коры, тонкой радиальной ее исчерченности, мелкоклеточности, четкой выраженности гранулярных слоев II и IV, слабым разграничением слоя III на подслои в связи с тем, что размер его нейронов увеличивается в глубину постепенно.

Можно отметить, что женщины, по сравнению с мужчинами, имеют большую толщину и более четко выраженную радиальную исчерченность коры поля 10, большее число в ней глиоцитов (рис. 1).

Применение объективных морфометрических методов исследования, с использованием современных комплексов электронно-оптического анализа изображений, позволило выявить ряд гендерных отличий цитоархитектоники коры поля 10 префронтального отдела мозга мужчин и женщин.

Наиболее значимыми из них является следующее: мужчины в обоих полушариях мозга имеют большую, чем у женщин величину площади профильного поля нейронов слоя III поля 10. В левом полушарии мозга она в среднем по группе равна у мужчин 158,9±75,1 мкм2, у женщин – 151,4±58,3 мкм2. В правом полушарии – 179,1±70,6 мкм2 и 165,1±61,6 мкм2 соответственно, эти гендерные отличия статистически значимы (р=0,000) (рис. 2).

Анализ морфометрических данных также показал, что у мужчин, по сравнению с женщинами, в префронтальном корковом поле 10 отмечается большая плотность нейронов ассоциативного слоя III. У мужчин в левом полушарии мозга на площади 1 мм2 располагается 600,1±101,2, у женщин

Мужчина          Женщина

Рис. 1. Цитоархитектоника коры поля 10 левого полушария мозга мужчины и женщины.

Окраска по методу Ниссля. Об. х2.5, ок. х10.

542,5±127,7, в правом полушарии 612,1±103,6 и 544,7±89,2 соответственно. В правом полушарии мозга гендерные отличия данного показателя статистически значимы (р=0,03).

В тоже время, женщины в обоих полушариях мозга имеют большую чем у мужчин толщину слоя III изученной структуры мозга. В левом полушарии мозга она равна у женщин 0,68±0,10 мм, у мужчин – 0,64±0,09 мм, в правом полушарии – 0,71±0,09 мм и 0,66±0,12 мм соответственно. В обоих полушариях мозга выявленные отличия толщины слоя III статистически значимы (р<0,05).

Ассоциативный слой III поля 10 в обоих полушариях мозга женщин характеризуется большей, чем у мужчин, плотностью глиоцитов. В левом полушарии мозга у женщин на площади 1 мм2 располагается 1274,9±243,4, у мужчин – 1152,0±229,0, в правом полушарии – 1156,8±267,5 и 1072,5±245,8 соответственно (рис. 3).

В изученной структуре префронтальной коры мозга выявлены гендерные отличия величины глиального индекса. В слое III поля 10 в обоих полушариях мозга женщин он имеет большую величину, чем у мужчин. В левом полушарии мозга у женщин он в среднем равен 2,4, у мужчин – 2,0, в правом – 2,2 и 1,8 соответственно.

У женщин в слое III поля 10 по сравнению с мужчинами отмечается увеличение доли нейронов, окруженных сателлитной глией. В левом полушарии мозга они составляют у женщин 55,1%, у мужчин 47,4%, в правом – 50,0% и 48,4% соответственно.

Мы полагаем, что одним из важных гендерных отличий цитоархитектоники изученной пре-

Левое полушарие

Правое полушарие

Рис. 2. Площадь профильного поля пирамидных нейронов слоя III поля 10 коры мозга мужчин и женщин (мкм2);

* - межполушарные отличия при Р <0,05; • - гендерные отличия при Р <0,05.

Рис. 3. Количество общей глии слоя III поля 10 коры мозга мужчин и женщин на площади 1 мм2 ткани мозга;

* - межполушарные отличия при Р <0,05; • - гендерные отличия при Р <0,05.

Левое полушарие

Правое полушарие

Рис. 4. Толщина коры поля 10 мозга мужчин и женщин (мм);

* - межполушарные отличия при Р <0,05; • - гендерные отличия при Р <0,05.

фронтальной структуры мозга мужчин и женщин является различный у них профиль межполушарной асимметрии многих изученных характеристик. У мужчин величина ряда цитоархитектонических показателей доминирует в правом полушарии мозга, в то время, как у женщин их величина, наоборот, больше в левом полушарии мозга. Например, толщина коры поля 10 в правом полушарии мозга мужчин равна 2,57±0,24 мм, в левом значительно меньше – 2,45±0,20 мм, межполушарные отличия этого показателя статистически значимы (р=0,000). У женщин, в среднем по группе толщина коры значительно больше в левом полушарии мозга, чем в правом (2,54±0,22 мм – левое полушарие, 2,47±0,22 – правое полушарие, р=0,000) (рис. 4).

У мужчин в правом полушарии мозга во всех исследованных случаях отмечалась статистически значимая большая, чем в левом полушарии, площадь профильного поля нейронов слоя III (р=0,001). В тоже время у женщин выявлена левополушарная доминантность плотности всей глии, сателлитных глиоцитов и нейронов, окруженных ею. Например, количество всей глии на площади 1 мм2 в слое III поля 10 было равно у женщин в левом полушарии мозга 1274,9±243,4, в правом – 1156,8±267,5, межполушарные отличия этого показателя статистически значимы (р=0,028).

Таким образом, проведенные нами исследования выявили ряд гендерных отличий цитоархитектоники поля 10 префронтальной коры мозга мужчин и женщин. Анализ морфометрических данных показал, что у мужчин наблюдается правополушарная асимметрия толщины коры поля 10, площади профильного поля нейронов слоя III3, процента в нем нейронов среднего и крупного размера. В правом полушарии мозга по сравнению с левым полушарием мозга у мужчин в большинстве случаев отмечалась тенденция к увеличению плотности всех нейронов, плотности сателлитной глии и доли нейронов, окруженных ею.

У мужчин выявлена статистически большая, чем у женщин величина площади профильного поля нейронов слоя III3, доли нейронов среднего и крупного размера, плотности нейронов этого слоя. Эти различия более ярко выражены в правом полушарии мозга.

В противоположность мужчинам, у женщин наблюдалась левополушарная асимметрия толщины коры поля 10, плотности всей глии, глиального индекса, плотности сателлитных глиоцитов и нейронов, окруженных ими. Преимущественно в левом полушарии мозга величина этих показателей была больше по сравнению с аналогичными в мозге мужчин.

В литературе имеются данные о том, что тол- щина коры различных структур мозга отличается у мужчин и женщин. С помощью стереоскопических методов было показано, что она в различных формациях больше у женщин. Особенно это выражено в левом полушарии мозга во фронтальной, париетальной и окципитальной областях мозга [13]. Данные Sowell E.K. et al. (2007) также показали, что толщина коры мозга у мужчин в среднем больше в правом полушарии, что возможно коррелирует с лучшими математическими способностями и лучшей пространственной ориентацией мужчин. У женщин толщина коры больше в левом полушарии, что, по мнению авторов, обеспечивает большую их коммуникабельность. Наши данные также свидетельствуют о том, что толщина коры поля 10 имеет разный профиль межполушарной асимметрии – у мужчин она больше в правом полушарии мозга, у женщин – в левом.

В последнее время высказывается мнение, что гендерные когнитивные различия могут иметь нейробиологические корреляты [12]. Так, например, в отношении префронтальной коры и принятия решений мужчины продемонстрировали большую активацию правого полушария мозга, в то время как у женщин при принятии решений больше активировалось левое полушарие [11]. Аналогичная закономерность наблюдалась при повреждении левого или правого секторов вентромедиальной префронтальной коры мозга, которое приводило к дефектам социального поведения, эмоциональной обработки и принятия решений. У мужчин правостороннее поражение этого отдела префронтальной коры дало серьезные дефекты этих функций, что не наблюдалось при повреждении в левом полушарии мозга. У женщин, наоборот, левостороннее поражение префронтальной коры вызвало у них серьезные проблемы в социальной жизни, в то время как правостороннее их повреждение привело к сравнительно мало заметным изменениям [17]. Авторы предполагают, что эти гендерные различия обусловлены тем, что мужчины и женщины могут использовать различные стратегии для решения задач, связанных с обработкой информации в социальной и эмоциональной сферах. Мужчины могут использовать более целостный тип стратегии – гештальт-тип. Женщины могут применять более аналитическую, устно-опосредованную стратегию.

Проведенное нами морфометрическое изучение цитоархитектонических характеристик поля 10 свидетельствует о правосторонней доминантности их величины у мужчин и левосторонней у женщин, что согласуется с выше приведенными данными о связи межполушарной асимметрии и фактора пола.

Исследования выполненные в нашей лабора- тории показали, что одним из ведущих признаков полового диморфизма корковых и подкорковых структур мозга мужчин и женщин является разница плотности глиоцитов, плотности сателлитной глии, нейронов окруженных ею, глиального индекса [2]. Увеличение этого показателя в структурах мозга женщин, по видимому, является одной из морфологических основ, обеспечивающих большую возможность включения у них компенсаторных механизмов, при нарушении различных когнитивных функций.

Исследование поддержано грантом РФФИ 15-04-07882А.