内因性テストステロンの発達の変化は、自発的な皮質ダイナミクスに性的双形の影響を及ぼします

小児期から青年期への移行は、性ホルモンの流入に関連しており、それは身体的および行動的変化を促進するだけでなく、神経回路の劇的な変化を促進します。以前の研究では、思春期ホルモンが構造的および機能的脳の発達を調節することが示されていますが、これらの研究のほとんどは、このようなホルモンが自発的な皮質活動に与える影響、およびこの重要な発達窓の間にこれらの効果が性によって調節されるかどうかに焦点を当てています。ここでは、71の典型的に発達している若者（10〜17歳、32歳）における自然皮質活動に対する内因性テストステロンの影響を調べました。参加者は、安静状態の磁気脳波（MEG）記録、構造MRIを完了し、ホルモン分析のために唾液サンプルを提供しました。MEGデータはソース再構築され、5つの標準周波数帯域（Delta、Theta、Alpha、Beta、およびGamma）内の電力が計算されました。得られたパワースペクトル密度マップは、頂点ごとのANCOVAを介して分析され、年齢を共用しながら、テストステロンの相互作用によるテストステロンと性別の空間的に特異的な効果を特定しました。自発的なデルタ、ベータ、およびガンマ活性に対するテストステロンの調節効果に堅牢な性差が見つかりました。これらの相互作用は、主に前頭皮質に限定されており、低周波数（ベータ/ガンマ）から低周波数（ベータ/ガンマ）への相関の方向性のスタークスイッチを示しました。たとえば、デルタバンドでは、少年の前頭前野の相対パワーの低下に関連するより大きなテストステロンが少なくなり、逆パターンは女の子に見られました。これらのデータは、テストステロンレベルが思春期中の自然発生皮質ダイナミクスの発達と一意に関連していることを示唆しており、そのようなレベルは、実行機能に関与する地域内の男性と女性の異なる発達パターンに関連しています。

The transition from childhood to adolescence is associated with an influx of sex hormones, which not only facilitates physical and behavioral changes, but also dramatic changes in neural circuitry. While previous work has shown that pubertal hormones modulate structural and functional brain development, few of these studies have focused on the impact that such hormones have on spontaneous cortical activity, and whether these effects are modulated by sex during this critical developmental window. Herein, we examined the effect of endogenous testosterone on spontaneous cortical activity in 71 typically-developing youth (ages 10-17 years; 32 male). Participants completed a resting-state magnetoencephalographic (MEG) recording, structural MRI, and provided a saliva sample for hormone analysis. MEG data were source-reconstructed and the power within five canonical frequency bands (delta, theta, alpha, beta, and gamma) was computed. The resulting power spectral density maps were analyzed via vertex-wise ANCOVAs to identify spatially specific effects of testosterone and sex by testosterone interactions, while covarying out age. We found robust sex differences in the modulatory effects of testosterone on spontaneous delta, beta, and gamma activity. These interactions were largely confined to frontal cortices and exhibited a stark switch in the directionality of the correlation from the low (delta) to high frequencies (beta/gamma). For example, in the delta band, greater testosterone related to lower relative power in prefrontal cortices in boys, while the reverse pattern was found for girls. These data suggest testosterone levels are uniquely related to the development of spontaneous cortical dynamics during adolescence, and such levels are associated with different developmental patterns in males and females within regions implicated in executive functioning.