Background: Neuroendocrine theories of hemispheric lateralization hold testosterone as the predominant factor mediating sex-specific patterns of cortical growth and the ensuing lateralization of cognitive functions. However, to date attention has been mostly focused on prenatal testosterone levels as opposed to peripubertal changes in testosterone. Yet puberty coincides with both a significant rise in testosterone levels and increased differences between sexes in specific cognitive skills. Currently, direct examinations of relationships between testosterone and cortical grey matter remain limited, particularly in child or adolescent subjects. Weaknesses of the literature include small sample sizes, cross-sectional designs, uncorrected multiple comparisons, and the examination of restricted age spans. As a result, findings have been conflicting and vary across studies. Thus, the exact nature of testosterone-related sex-specific trajectories in cortical growth, timing of these effects throughout adolescence and brain regions most sensitive to testosterone, remain unclear. Objective: Examine testosterone-related sex differences in cortical thickness in a large, representative, longitudinal sample of healthy children/adolescents. Methods: Data from the NIH MRI Study of Normal Brain Development (n=282 subjects, 4-22 yo, 469 magnetic resonance imaging (MRI) scans obtained longitudinally over 4 years) were analyzed using linear mixed effects models to examine the association between salivary testosterone levels and cortical thickness while controlling for age, sex, total brain volume, and collection time. Results: We found significant and complex 'age by testosterone' and 'sex by testosterone' interactions on cortical thickness of widespread regions of both hemispheres, with striking differences between males and females as well as between younger pre-pubertal and older post-pubertal subjects. When males and females were tested separately, more pronounced regional effects emerged. Males showed a negative association between cortical thickness and testosterone levels exclusively in the left hemisphere, specifically in the posterior cingulate cortex starting at age 14, progressing as children age to include the precuneus (ages 16-19), dorsolateral prefrontal cortex (ages 16-21) and anterior cingulate cortex (ages 20-22). Females showed fewer areas of testosterone effects, but the associations exclusively involved the right hemisphere, specifically a positive association between cortical thickness and testosterone levels in the right somatosensory cortex, which was only apparent in the 5-8 years old age epoch, and later reversed, to a negative association in the same area for subjects ages 20-22. Conclusions: Significant sex- and age-specific associations exist between testosterone and cortical thickness in the developing brain but appear more complex than previously reported. While sex-specific testosterone-related cortical maturation appears to affect widespread areas in both hemispheres, more pronounced regional effects were observed in this study in key cortical regions known to be implicated in visuospatial and sensorimotor skills as well as cognitive control and executive functions. Females also show early positive associations between testosterone and cortical thickness consistent with known protective effects of androgens on neurons. In addition, the male-specific association between testosterone and cortical thickness in the left hemisphere and the female-specific association with the right hemisphere support the view that sex differences in hemispheric lateralization progress in a dynamic fashion throughout puberty. Whether the observed testosterone-cortical thickness associations underpin age- and sex-related differentiation in behavior, psychopathology, or specific cognitive abilities during childhood and adolescence requires additional study. / Contexte:Les théories de latéralisation hémisphérique postulent que la testostérone serait le facteur principal à l'origine des différences de développement cortical entre les sexes. Cependant, une plus grande attention a été accordée à l'exposition intra-utérine à la testostérone plutôt qu'aux changements de testostérone autour de la puberté. Pourtant, la puberté coïncide avec une augmentation significative de la testostérone ainsi qu'une différence accrue entre les sexes en termes d'habiletés cognitives spécifiques. Les investigations directes des relations entre la testostérone et le cortex demeurent limitées, particulièrement en ce qui a trait aux enfants/adolescents. étant donné des petits échantillons, des études transversales, plusieurs analyses sans correction pour comparaisons multiples, et l'inclusion de groupes d'âges limités. La nature des trajectoires de développement cortical reliées à la testostérone et le déroulement de ces effets, ainsi que les régions du cerveau les plus sensibles à la testostérone, demeurent incertains. Objectif: Examiner les différences de développement cortical entre les sexes reliés à la testostérone dans un échantillon longitudinal d'enfants et d'adolescents représentatifs de la population générale. Méthodes: Des données du NIH MRI Study of Normal Brain Development (n=282 sujets, 4-22 ans, 469 résonances magnétiques obtenues longitudinalement sur 4 ans) ont été analysées en utilisant des modèles linéaires mixtes pour examiner la relation entre les niveaux de testostérone salivaire et l'épaisseur corticale tout en contrôlant pour l'âge, le sexe, le volume cérébral total et le temps de collection de la testostérone. Résultats: Nous avons trouvé des interactions significatives entre l'âge et la testostérone ainsi que le sexe et la testostérone, des effets qui affectent l'épaisseur corticale des deux hémisphères. Quand les hommes et les femmes sont examinés séparément, des effets localisés plus prononcés ont émergé. Chez les hommes, il y avait une association négative entre la testostérone et l'épaisseur corticale exclusivement dans l'hémisphère gauche, plus spécifiquement dans le cortex cingulaire postérieur commençant à l'âge de 14 ans, progressant avec l'âge jusqu'à inclure le précuneus (âges 16-19 ans), le cortex dorsolatéral préfrontal (âges 16-21) et le cortex cingulaire antérieur (âges 20-22). Chez les femmes, les associations affectaient exclusivement l'hémisphère droit, spécifiquement une association positive entre l'épaisseur corticale et la testostérone dans l'aire somatosensitive, seulement apparente de l'âge de 5 à 8 ans, et s'inversant plus tard, devenant une association négative dans la même région pour les sujets de 20 à 22 ans. Conclusions: Il y a des interactions significatives entre l'âge et la testostérone et le sexe et la testostérone affectant l'épaisseur corticale. Bien que le développement cortical spécifique à chaque sexe semble affecter des régions étendues dans les deux hémisphères, des effets localisés plus prononcés ont été observés dans cette étude dans des régions corticales connues pour être associées au contrôle cognitif et aux habiletés visuo-spatiales et sensorimotrices. Les femmes ont aussi démontré des associations positives avec le cortex somatosensitif qui sont consistantes avec les effets neuroprotecteurs des androgènes précédemment rapportés dans la littérature. De plus, la relation spécifique entre la testostérone et l'épaisseur corticale de l'hémisphère gauche chez les hommes et l'hémisphère droit chez les femmes supportent le concept de latéralisation hémisphérique comme un processus dynamique qui évolue pendant la puberté. D'autres études seront nécessaires pour confirmer si les associations observées entre la testostérone et l'épaisseur corticale sont vraiment reliés à une différentiation entre les sexes en termes de comportementset d'habiletés cognitives spécifiques au cours de la puberté.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104493 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Nguyen, Tuong Vi |
| Contributors | Alan C Evans (Internal/Cosupervisor2), Sherif Karama (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Psychiatry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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