2005年1月中旬一個陰沉的日子裡，時任哈佛大學校長勞倫斯·薩默斯提出，男性和女性大腦的先天差異可能是導致科學領域女性相對稀少的一個因素。他的言論重新點燃了一場已經醞釀了一個世紀的辯論，自從一些科學家評估男女大腦後，開始利用他們的主要發現——女性大腦往往較小——來支援女性在智力上不如男性的觀點。
迄今為止，沒有人發現任何證據表明解剖學上的差異可能導致女性無法在數學、物理或工程學領域取得學術上的傑出成就 [參見第11頁的方框]。而且，男女大腦在許多方面已被證明非常相似。然而，在過去的十年左右，研究人員記錄了男性和女性大腦中驚人的一系列結構、化學和功能差異。
這些不平等不僅僅是可能解釋為什麼男性比女性更喜歡《三個臭皮匠》的有趣的特質。它們提出了我們可能需要為多種疾病開發性別特異性治療方法的可能性，包括抑鬱症、成癮、精神分裂症和創傷後應激障礙 (PTSD)。此外，這些差異暗示，研究大腦結構和功能的研究人員在分析資料時必須考慮到受試者的性別，並在未來的研究中納入女性和男性，否則可能會獲得誤導性的結果。
支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
塑造大腦
不久前，神經科學家認為大腦中的性別差異主要侷限於負責交配行為的區域。在 1966 年《大眾科學》一篇題為“大腦中的性別差異”的文章中，斯坦福大學的西摩·萊文描述了性激素如何幫助指導大鼠不同的生殖行為——雄性進行爬跨，雌性弓起背部並抬起臀部以吸引追求者。萊文在他的綜述中只提到了一個大腦區域：下丘腦，這是大腦底部的一個小結構，參與調節激素產生和控制基本行為，如飲食、飲水和性行為。一代神經科學家成熟起來，他們認為“大腦中的性別差異”主要指的是交配行為、性激素和下丘腦。
然而，這種觀點現在已被大量研究結果推翻，這些研究結果突出了性別對認知和行為許多領域的影響，包括記憶、情感、視覺、聽覺、面孔處理以及大腦對壓力激素的反應。過去十年中，複雜的非侵入性成像技術（如正電子發射斷層掃描 (PET) 和功能性磁共振成像 (fMRI)）的日益普及加速了這一進展，這些技術可以窺視活體受試者的大腦。
這些成像實驗表明，解剖學上的變異發生在整個大腦的各個區域。例如，哈佛醫學院的吉爾·M·戈爾茨坦和她的同事使用 MRI 測量了許多皮質和皮質下區域的大小。除其他外，這些研究人員發現，女性額葉皮質的部分割槽域（許多高階認知功能的所在地）比男性更龐大，邊緣皮質的部分割槽域也是如此，邊緣皮質與情緒反應有關。另一方面，在男性中，頂葉皮質的部分割槽域（與空間知覺有關）比女性更大，杏仁核也是如此，杏仁核是一個杏仁狀結構，對情緒激起的資訊做出反應——對任何讓心臟怦怦直跳和腎上腺素飆升的事物做出反應。這些大小差異，以及整篇文章中提到的其他差異，都是相對的：它們指的是結構相對於大腦總體積的總體積。
大腦結構大小的差異通常被認為反映了它們對動物的相對重要性。例如，靈長類動物比嗅覺更依賴視覺；對於大鼠來說，情況恰恰相反。因此，靈長類動物的大腦維持著比例上更大的視覺區域，而大鼠則將更多空間用於嗅覺。因此，男性和女性之間廣泛存在的解剖學差異表明，性別確實會影響大腦的工作方式。
其他研究正在細胞水平上發現解剖學上的性別差異。例如，麥克馬斯特大學的桑德拉·威特爾森和她的同事發現，女性在與語言處理和理解相關的顳葉皮質部分中擁有更高的神經元密度。在計數屍檢樣本中的神經元時，研究人員發現，在皮質中存在的六層中，有兩層顯示女性每單位體積的神經元比男性更多。隨後報告了額葉的類似發現。掌握了這些資訊，神經科學家現在可以探索神經元數量的性別差異是否與認知能力的差異相關——例如，檢查女性聽覺皮質密度的增加是否與女性在語言流暢性測試中的增強表現有關。
這種解剖學上的多樣性可能很大程度上是由浸泡胎兒大腦的性激素活動引起的。這些類固醇有助於指導大腦在發育過程中的組織和連線，並影響各個區域的結構和神經元密度。有趣的是，戈爾茨坦發現男性和女性之間存在差異的大腦區域是動物在發育過程中含有最多性激素受體的區域。成人大腦區域大小與子宮內性類固醇作用之間的這種相關性表明，至少一些認知功能上的性別差異並非源於文化影響或與青春期相關的激素變化——它們是與生俱來的。
先天傾向
幾項有趣的行為研究進一步證明，大腦中的一些性別差異在嬰兒出生前就已產生。多年來，許多研究人員已經證明，在選擇玩具時，小男孩和小女孩會分道揚鑣。男孩傾向於選擇球或玩具汽車，而女孩更典型地會選擇洋娃娃。但沒有人能真正說清楚這些偏好是由文化還是由先天的大腦生物學決定的。
為了解決這個問題，當時在倫敦城市大學的梅麗莎·海恩斯和德克薩斯A&M大學的格里安·M·亞歷山大求助於猴子，我們最親近的動物表親之一。研究人員向一群綠猴展示了一系列玩具，包括布娃娃、卡車和一些中性物品，如圖畫書。他們發現，雄性猴子花更多時間玩“男性化”玩具，而雌性猴子花更多時間與女孩通常喜歡的玩具互動。兩性都花相同的時間擺弄圖畫書和其他中性玩具。
由於綠猴不太可能受到人類文化社會壓力的影響，因此結果表明，兒童的玩具偏好至少部分源於先天的生物學差異。這種分歧，以及大腦中所有解剖學上的性別差異，大概是進化過程中選擇壓力的結果。就玩具研究而言，男性——無論是人類還是靈長類動物——都喜歡可以穿梭於空間並促進粗暴遊戲的玩具。似乎可以合理地推測，這些品質可能與狩獵和獲得配偶有用的行為有關。同樣，人們也可以假設，另一方面，女性選擇玩具是為了培養她們將來有一天需要用來養育幼崽的技能。
西蒙·巴倫-科恩和他在劍橋大學的同事採取了一種不同但同樣具有創造性的方法來解決關於性別差異的先天與後天影響。許多研究人員已經描述了男性和女性嬰兒在“以人為中心”方面的差異。例如，巴倫-科恩和他當時的學生斯維特拉娜·盧奇瑪雅發現，一歲的女孩比同齡男孩花更多的時間看著她們的母親。當給這些嬰兒展示電影選擇時，女孩會更長時間地觀看面部電影，而男孩則傾向於觀看以汽車為主題的電影。
當然，這些偏好可能歸因於成人對待或玩弄男孩和女孩的方式的差異。為了消除這種可能性，巴倫-科恩和他的學生們更進一步。他們帶著攝像機來到產科病房，檢查僅出生一天的嬰兒的偏好。嬰兒要麼看到一位友好的女學生的臉，要麼看到一個與女學生的臉的顏色、大小和形狀相匹配的移動物體，並且包括她面部特徵的混亂組合。為了避免任何偏見，實驗人員在測試期間並不知道每個嬰兒的性別。當他們觀看錄影帶時，他們發現女孩花更多時間看學生，而男孩花更多時間看機械物體。這種社會興趣的差異在出生第一天就很明顯——再次暗示我們帶著一些內在的認知性別差異來到這個世界。
壓力之下
在許多情況下，大腦化學和結構上的性別差異會影響男性和女性如何應對環境或對壓力事件做出反應並記住壓力事件。以杏仁核為例。戈爾茨坦和其他人已經報道，男性的杏仁核比女性更大。在大鼠中，該區域的神經元在雄性中比在雌性中形成更多的相互連線。
為了評估男性和女性的杏仁核對壓力的反應是否不同，德國馬格德堡奧托·馮·格里克大學的卡塔琳娜·布勞恩和她的同事短暫地將一窩八齒鼠幼崽從它們的母親身邊移開。對於這些群居的南美齧齒動物（像草原犬鼠一樣生活在大型群體中），即使是暫時的分離也可能非常令人不安。然後，研究人員測量了各個大腦區域中血清素受體的濃度。血清素是一種神經遞質或訊號傳遞分子，是介導情緒行為的關鍵。（例如，百憂解透過增加血清素功能來起作用。）
工作人員允許幼崽在分離期間聽到它們母親的叫聲，發現這種聽覺輸入增加了雄性杏仁核中血清素受體的濃度，但降低了雌性中相同受體的濃度。雖然很難從這項研究推斷到人類行為，但結果暗示，如果類似的事情發生在兒童身上，分離焦慮可能會對男性和女性嬰兒的情緒健康產生不同的影響。如果我們想了解例如為什麼焦慮症在女孩中比在男孩中更普遍，就必須進行這樣的實驗。
現在已知在性別上存在解剖學差異且對壓力的反應也存在差異的另一個大腦區域是海馬體，海馬體對於記憶儲存和物理環境的空間對映至關重要。成像一致表明，女性的海馬體比男性更大。這些解剖學上的差異很可能與男性和女性導航方式的差異有關。許多研究表明，男性更傾向於透過估計空間和方向上的距離（“航位推算”）來導航，而女性更傾向於透過監測地標來導航。有趣的是，大鼠也存在類似的性別差異。雄性大鼠更傾向於使用方向和位置資訊來導航迷宮，而雌性大鼠更傾向於使用可用的地標來導航相同的迷宮。
即使是海馬體中的神經元，在男性和女性中的行為也不同，至少在它們對學習經歷的反應方式上是如此。例如，伊利諾伊大學的珍妮絲·M·尤拉什卡和她的同事已經證明，將大鼠放置在“豐富環境”中——充滿玩具和同類齧齒動物以促進社互動動的籠子——對雄性和雌性大鼠海馬體神經元的結構產生不同的影響。在雌性中，這種經歷增強了細胞樹突樹分支的“茂密性”——樹突樹是從其他神經細胞接收訊號的許多臂狀結構。這種變化大概反映了神經元連線的增加，而神經元連線的增加被認為與記憶的形成有關。然而，在雄性中，複雜環境要麼對樹突樹沒有影響，要麼稍微修剪了它們。
壓力的益處？
但雄性大鼠有時在面對壓力時學得更好。羅格斯大學的特蕾西·J·肖爾斯和她的合作者發現，短暫暴露於一系列一秒鐘的尾部電擊會增強雄性大鼠對一項學習任務的表現，並增加樹突連線到其他神經元的密度，但會損害雌性大鼠的表現並降低連線密度。諸如此類的發現具有有趣的社會意義。我們越深入瞭解不同性別之間學習的大腦機制有何不同，我們就越可能需要考慮男孩和女孩的最佳學習環境可能存在哪些差異。
雖然雌性大鼠的海馬體可能在應對急性壓力時表現出下降，但在面對慢性壓力時，它似乎比雄性大鼠的海馬體更具彈性。亞利桑那州立大學的謝麗爾·D·康拉德和她的同事將大鼠限制在一個網狀籠子裡六個小時——這種情況讓齧齒動物感到不安。然後，研究人員評估了齧齒動物海馬體神經元對神經毒素殺傷的脆弱程度——這是衡量壓力對這些細胞影響的標準方法。他們注意到，慢性限制使雄性大鼠的海馬體細胞更容易受到毒素的影響，但對雌性大鼠的脆弱性沒有影響。這些發現和其他發現表明，就大腦損傷而言，女性可能比男性更能耐受慢性壓力。
擴充套件關於大腦如何處理和記住壓力事件的工作，我和我的同事發現男性和女性在形成情緒激動事件的記憶方面存在對比——動物研究表明，這個過程涉及杏仁核的啟用。在我們對人類受試者的第一個實驗中，我們向志願者展示了一系列圖形暴力的影片，同時我們使用 PET 測量他們的大腦活動。幾周後，我們對他們進行了測驗，看看他們記住了什麼。
我們發現他們能回憶起的令人不安的影片的數量與他們在觀看過程中杏仁核的活躍程度相關。我們實驗室和其他實驗室隨後的工作證實了這一普遍發現。但後來我注意到一些奇怪的事情。在一些研究中，杏仁核啟用僅涉及右半球，而在另一些研究中，杏仁核啟用僅涉及左半球。那時我意識到，右杏仁核被點亮的實驗只涉及男性；左杏仁核被點亮的實驗涉及女性。從那時起，隨後的三項研究——我們小組的兩項研究和約翰·加布裡埃利和圖漢·坎利（當時都在斯坦福大學）及其合作者的研究——證實了男性和女性大腦處理情緒記憶方式的這種差異。
認識到男性和女性的大腦以不同的方式將相同的情緒激動材料處理成記憶，這讓我們想知道這種差異可能意味著什麼。為了解決這個問題，我們求助於一個世紀前的理論，該理論指出右半球偏向於處理情境的中心方面，而左半球傾向於參與更精細的細節。我們推斷，如果這種概念是真的，那麼一種抑制杏仁核活動的藥物應該會損害男性回憶情緒故事要點的能力（透過阻礙右杏仁核），但應該會阻礙女性想起精確細節的能力（透過阻礙左杏仁核）。
普萘洛爾就是這樣一種藥物。這種所謂的β受體阻滯劑可以抑制腎上腺素及其同類去甲腎上腺素的活性，從而抑制杏仁核的啟用並削弱對情緒激動記憶的回憶。我們在男性和女性觀看一段關於一個年輕男孩和他母親一起散步時遭遇可怕事故的幻燈片放映之前，給他們服用了這種藥物。一週後，我們測試了他們的記憶力。結果表明，普萘洛爾使男性更難記住故事的更全面的方面或要點——例如，男孩被汽車撞倒了。在女性中，普萘洛爾的作用相反，損害了她們對周邊細節的記憶——例如，男孩當時拿著一個足球。
在最近的調查中，我們發現我們可以幾乎立即檢測到兩性對情緒材料反應的半球差異。志願者在看到情緒上令人不快的照片後，會在 300 毫秒內做出反應——這種反應在記錄大腦電活動的尖峰中顯示出來。我們與義大利拉奎拉大學的安東內拉·加斯巴里和其他人一起發現，在男性中，這種快速尖峰（稱為 P300 反應）在右半球記錄時更為誇張；在女性中，當在左半球記錄時，它更大。因此，大腦處理情緒影像的方式中與性別相關的半球差異在 300 毫秒內就開始出現——遠遠早於人們有太多（如果有的話）機會有意識地解釋他們所看到的東西。
這些發現可能對 PTSD 的治療產生影響。德國路德維希-馬克西米利安大學的古斯塔夫·謝林和他的同事之前的研究已經確定，當作為重症監護病房常規療法的一部分給藥時，普萘洛爾等藥物可以減少對創傷性情況的記憶。在我們的發現的提示下，他們發現，至少在這樣的病房中，β受體阻滯劑可以減少女性對創傷性事件的記憶，但在男性中則不然。因此，即使在重症監護中，醫生在開藥時也可能需要考慮患者的性別。
性別與精神障礙
PTSD 並不是唯一一種在女性和男性中表現不同的心理障礙。麥吉爾大學的米爾科·迪克西克和他的同事進行的一項 PET 研究表明，男性的血清素生成平均比女性高出驚人的 52%，這可能有助於闡明為什麼女性更容易患抑鬱症——抑鬱症通常使用增加血清素濃度的藥物治療。
類似的情況可能在成癮中普遍存在。在這種情況下，有問題的神經遞質是多巴胺——一種與濫用藥物相關的快感有關的化學物質。密歇根大學的吉爾·B·貝克爾和她的同事在研究大鼠時發現，在雌性中，雌激素會促進大腦中對調節尋藥行為很重要的區域釋放多巴胺。此外，這種激素具有持久的影響，使雌性大鼠在最後一次接受該藥物後數週內更可能繼續尋求可卡因。這種易感性的差異——特別是對可卡因和苯丙胺等興奮劑的易感性——可以解釋為什麼女性可能更容易受到這些藥物的影響，以及為什麼她們比男性更容易從最初使用發展到依賴。
精神分裂症某些潛在的大腦異常在男性和女性中也似乎有所不同。賓夕法尼亞大學的魯本·古爾、拉克爾·古爾和他們的同事多年來一直在調查與性別相關的大腦解剖結構和功能差異。在一個專案中，他們測量了與情緒調節有關的眶額葉皮質的大小，並將其與更多地與產生情緒反應有關的杏仁核的大小進行了比較。研究人員發現，女性的眶額葉-杏仁核比率 (OAR) 顯著高於男性。從這些發現中可以推測，女性平均而言可能更能夠控制自己的情緒反應。
在額外的實驗中，研究人員發現，這種平衡在精神分裂症中似乎發生了改變，但在男性和女性中並不完全相同。患有精神分裂症的女性的 OAR 相對於她們健康的同齡人有所降低，這可能是預期的。但奇怪的是，男性的 OAR 相對於健康的男性有所增加。這些發現仍然令人費解，但至少它們暗示精神分裂症在男性和女性中是一種有些不同的疾病，並且對該疾病的有效治療可能需要根據患者的性別量身定製。
在 2001 年關於人類健康性別差異的綜合報告中，著名的美國國家科學院斷言“性別很重要。性別，即男性或女性，是一個重要的基本人類變數，在設計和分析生物醫學和健康相關研究的所有領域和所有級別的研究時都應予以考慮。”
神經科學家距離識別大腦中所有與性別相關的變異並查明它們對認知和腦相關疾病傾向的影響還很遙遠。然而，迄今為止進行的研究無疑表明，差異遠遠超出了下丘腦和交配行為。研究人員和臨床醫生並不總是清楚在破譯性別對大腦、行為和藥物反應的全部影響方面如何最好地前進。但是越來越多的人現在同意，回到假設我們可以評估一種性別並同樣瞭解兩種性別不再是一種選擇。