【論文紹介】脳内パズルの組み立て方：男女差を生むメカニズム
脳の「回転力」に男女差？カギを握る意外な領域とは
私たちの脳には、物体を頭の中で回転させてイメージする「心的回転」という能力が備わっています。例えば、家具の配置を考えるときや、地図を見て目的地までの道のりを想像するときなどに、この能力が活躍します。しかし、この心的回転能力には男女差があることが、これまでの研究で指摘されてきました。
今回、中国の研究チームが、この男女差の謎に迫る画期的な研究成果を発表しました。彼らは、脳の活動、遺伝子発現、神経伝達物質のデータを組み合わせるという、これまでにないアプローチで、心的回転における男女差のメカニズムを解き明かそうと試みたのです。
遺伝子から神経伝達物質まで：多角的アプローチで脳の秘密に迫る
研究チームは、360人の健康な成人（男性186人、女性174人）を対象に、マルチモーダル磁気共鳴画像法（MRI）、トランスクリプトミクス、および神経伝達物質受容体/トランスポーターデータを用いて、心的回転能力の性差に関連する神経基盤、遺伝的要因、分子メカニズムを調査しました。
まず、参加者に古典的な「精神回転テスト」を実施し、心的回転能力を測定しました。次に、安静時の脳活動をfMRIで計測し、「dReHo」と呼ばれる指標を用いて脳の各領域の活動の同期性を調べました。さらに、参加者の遺伝子発現データと神経伝達物質のデータを収集し、これらのデータと心的回転能力、脳活動との関連を解析しました。
決め手は「左下頭頂小葉」？脳の活動パターンと男女差の関係
解析の結果、心的回転の成績と脳の特定の領域の活動パターンに、男女で異なる関係性があることが明らかになりました。特に、「左下頭頂小葉」と呼ばれる領域のdReHo値が高い人ほど、心的回転テストの成績が良いことが分かりました。さらに、この領域のdReHo値は、男性の方が女性よりも高いことも判明しました。
つまり、心的回転が得意な人は、左下頭頂小葉の神経活動の同期性が高く、この傾向は男性でより顕著であるということです。この結果は、左下頭頂小葉が心的回転能力の男女差において重要な役割を果たしている可能性を示唆しています。
意外な遺伝子と神経伝達物質も関与？今後の研究に期待
さらに、研究チームは、心的回転能力に関連する遺伝子として「SLC15A2」と「IL17RD」を、神経伝達物質として「GABA」と「ノルエピネフリン」を特定しました。これらの遺伝子や神経伝達物質が、どのように心的回転能力の男女差に関与しているのかは、今後のさらなる研究が待たれます。
本研究は、心的回転能力の男女差のメカニズムを、脳活動、遺伝子発現、神経伝達物質という多角的な視点から解明しようとした、画期的な研究です。今回の発見は、脳の「回転力」の謎を解き明かすだけでなく、男女の脳の違いを理解する上でも重要な一歩となるでしょう。
参考文献
Long H, Wu H, Sun C, et al. Biological mechanism of sex differences in mental rotation: Evidence from multimodal MRI, transcriptomic and receptor/transporter data. Neuroimage. 2024 Dec 15;304:120955. doi:10.1016/j.neuroimage.2024.120955.
専門家向け解説
already known（既知の知見）
心的回転は、物体認識、空間認知、行動計画において重要な役割を果たす重要なスキルである。
心的回転能力は、固定ジストニア、自閉症スペクトラム障害（ASD）、統合失調症（SZ）、アルツハイマー病（AD）、双極性障害（BD）と関連している。
心的回転トレーニングは、自閉症児の視覚的視点取得能力と運動能力を向上させるのに有益である。
心的回転は、認知機能において最も一貫した性差の1つであり、ASD、AD、うつ病などの特定の神経精神疾患の有病率の男女差に関与している可能性がある。
性差の要因は多面的であり、遺伝子、分子、ホルモン、環境要因、およびそれらの複雑な相互作用を含む。
静止状態機能的磁気共鳴画像法（rsfMRI）は、タスク刺激なしで脳活動を検出するのに有望である。
Regional Homogeneity（ReHo）は、ボクセル単位で局所的な同期を評価するための価値あるアプローチであり、静止状態では長期間にわたって静止していると想定される。
静的ReHoは、健常者と特定の精神障害患者の両方で性差を示すことが実証されている。
動的ReHo（dReHo）は、単一スキャン内でも有意義な変動を示し、様々な神経精神疾患と関連している。
マルチモーダルイメージングは、脳に関する補完的な情報を提供し、脳の構造、活動、代謝、白質線維を含む。
マルチモーダルMRIを用いた研究では、ReHo、灰白質体積（GMV）、異方性比率（FA）などの重要なバイオマーカーを用いて、脳の構造と機能における性差が特定されている。
遺伝的要因は、心的回転を含む認知能力の個人差に大きく影響する。
双生児研究では、遺伝的要因が心的回転能力の性差に寄与しており、男性は女性よりも大きな付加遺伝分散を示すことが明らかになっている。
遺伝的メカニズムと脳の構造および機能における性差との関連はまだ不明である。
転写-神経画像関連解析は、性別間の有病率が異なる精神疾患の研究で広く使用されている。
神経伝達物質システムは心的回転にも関与している。
unknown（未解明の点）
dReHo、性別、心的回転の間の関係。
性別、心的回転、マルチモーダルバイオマーカー間の関係に関する系統的な調査。
心的回転における性差に関連する脳の構造および機能変化、ならびに神経伝達物質システムの役割に関する知識。
current issue（現在の問題）
心的回転における性差の根底にある神経メカニズム、遺伝的および分子的基盤は不明である。
purpose of the study（本研究の目的）
マルチモーダル磁気共鳴画像法（MRI）、トランスクリプトミクスおよび受容体/トランスポーターデータを用いて、心的回転における性差の神経、遺伝、分子基盤を解明すること。
Novel findings（新規な発見）
STGとIPL、特にIPLのdReHoが、性と心的回転の関係を媒介する重要な役割を同定。
性と心的回転の差に関連する遺伝子と神経伝達物質を同定。
遺伝子、神経伝達物質、脳領域間の相互作用を直列的媒介モデルを用いて調査。
心的回転における性差の根底にある神経メカニズムに関する新しい視点を提供し、特定の神経精神疾患における性別特異的な有病率に対する洞察を提供。
Agreements with existing studies（既存研究との一致点）
心的回転における有意な性差の発見は、以前の研究と一致している。
心的回転の成績は年齢と教育レベルに関連しているという報告がある。
IPLは異種感覚収束帯であり、様々な機能的脳ネットワークと複数の種類の入力情報を統合し、多様な精神過程において重要な役割を果たすことが認識されている。
以前の多くの研究は、心的回転におけるIPLの関与を示唆しており、物体認識、空間的注意、空間知覚、空間操作におけるその関与を強調している。
複雑な視空間課題は、両側IPLの関与を必要とする。
上側頭回と前側頭葉が心的回転と関連している。
背側経路を介した空間処理におけるIPLの関与と、腹側経路の一部である前側頭葉の物体認識との関連。
男性は左IPLのGMVとFAが大きく、右STGのGMVが大きい。
男性は一般的に女性よりも脳の体積が大きい。
頭頂葉の形態に関する研究では、男性は女性と比較して頭頂葉のGMV、白質体積（WMV）、皮質表面積が大きいことが示されている。
SLC15A2とIL17RDはどちらも、性と心的回転に関連するdReHoと関連している。
SLC15A2は脳内に広く分布し、ペプチド吸収に関与している。
SLC15A2と脈絡叢はどちらも、発達やアルツハイマー病などの精神疾患と関連している。
IL17RDは脳内に高発現し、いくつかのシグナル伝達経路を調節し、ゼブラフィッシュ、カエル、ニワトリ、マウスの発生に関与している。
γ-アミノ酪酸（GABA）は心的回転と関連し、ノルエピネフリン（NE）は性差と関連している。
GABAA受容体は、中枢神経系の主要な抑制性神経伝達物質受容体であり、認知機能において重要な役割を果たす。
NETはシナプスのノルエピネフリン濃度を調節し、うつ病や注意欠陥多動性障害（ADHD）などの精神疾患と関連している。
ノルエピネフリン作動性システムは空間認知と関連している。
NET遺伝子は、ケタミン投与後のノルエピネフリン作動性経路における静止状態機能的結合に影響を与える。
Disagreements with existing studies（既存研究との相違点）
以前のほとんどのfMRI研究は、心的回転課題中に男性でより大きなIPL活性化が報告されているが、一部の研究では女性で前頭領域の活性化が増加していることが指摘されている。
側頭領域の活性化における性差は文書化されているが、STGにおける報告は少なく、月経中期に女性でより大きな活性化が示されている。
