Frontiers in Neuroscience

Introduction

Istnieją dowody na dymorfizm płciowy mózgu (np.., Coffey et al., 1998; Sacher et al., 2013), a nowe teorie medyczne wskazują na znaczenie medycyny specyficznej dla płci w zakresie czynników ryzyka, epidemiologii i wyników leczenia (np., Mielke et al., 2014). W celu wydobycia istotnych i kompleksowych informacji z badań behawioralnych, jak również funkcjonalnych badań obrazowych, uwzględnienie płci, jako istotnego czynnika, jest niezwykle interesujące (Sacher i in., 2013). Niniejszy przegląd podkreśla to znaczenie dla chemosensoryki, w której wiadomo, że chemosygnały same wywołują efekt specyficzny dla płci.

Termin „feromony” (tzw. chemosygnały) został ukuty w 1959 roku przez Petera Karlsona i Martina Lüschera, którzy zdefiniowali je jako „substancje, które są wydzielane na zewnątrz przez osobnika i odbierane przez drugiego osobnika tego samego gatunku, w którym wyzwalają określoną reakcję, na przykład określone zachowanie lub proces rozwojowy” (Karlson i Lüscher, 1959). Poszukiwanie tych semiochemikaliów jest wciąż nieuchwytnym celem chemicznej ekologii i studiów nad komunikacją. Dziś jest jasne, że chemosygnały odgrywają znaczącą rolę w interakcjach społecznych i komunikacji u różnych gatunków. Wiadomo, że zwierzęta są w stanie komunikować stany afektywne, takie jak stres, alarm, strach, niepokój czy zainteresowanie seksualne, poprzez manipulowanie chemosygnałami wytwarzanymi przez ich skórę (Kiyokawa, 2004; Kiyokawa i in., 2006). U zwierząt sygnały te są przetwarzane wspólnie przez narząd womeronasalny (VNO) oraz przez dodatkowe systemy węchowe, jak również przez główny system węchowy (Chamero i in., 2012; Petrulis, 2013). Szeroki zakres literatury dotyczącej VNO zapewnia niewielką zgodność co do obecności VNO u ludzi (przegląd, patrz Meredith, 2001). Podczas gdy struktura podobna do VNO zwierząt została stwierdzona in utero u ludzi (Knecht i in., 2003), ta sama struktura nie jest stale zauważalna u dorosłych (Trotier i in., 2000; Trotier, 2011). Do tej pory nie jest jasne, czy ludzki VNO istnieje i czy odgrywa rolę w percepcji chemosygnałów (Frasnelli i in., 2011).

Wiele obszarów ludzkiego ciała – takich jak stopy, usta, a zwłaszcza okolice pachowe – jest znanych z wytwarzania zapachów, które działają jak chemosygnały (Pause, 2012). Niedawno Gelstein i in. (2011) odkryli, że łzy przekazują chemosygnały, a nawet wosk uszny został uznany za zdolny do przenoszenia informacji chemosensorycznych (Prokop-Prigge i in., 2014). Niemniej jednak ludzki pot jest najszerzej badanym przewodnikiem chemosygnałów (Porter i Moore, 1981; Lundström i in., 2008; Zhou i Chen, 2008; Zernecke i in., 2010; Albrecht i in., 2011).

Pomimo że koktajl zapachowy ludzkiego ciała może zawierać dobrze ponad 200 indywidualnych składników (Zeng i in., 1996), najintensywniej badanym składnikiem jest steroid 4,16-androstadien-3-on (AND). Struktura chemiczna cząsteczki AND jest bardzo podobna do androstenonu, znanego feromonu zwierzęcego (Melrose i in., 1971). Specyficzne cechy międzypłciowe AND i jego wpływ na ludzkie zachowanie i zdarzenia psychofizjologiczne, w szczególności, przyciągnęły wiele uwagi w ostatnich badaniach.

Następujące sekcje skupią się na badaniach dotyczących efektów behawioralnych i psychofizjologicznych, jak również neuronalnego przetwarzania AND, podkreślając jego cechy charakterystyczne dla płci i międzypłciowe.

Behavioral and Psychophysiological Effects of AND

AND jest jedną z substancji, o których wiadomo, że modulują stany psychologiczne i fizjologiczne, a także ludzkie zachowanie w sposób nieświadomy (Lundström i Olsson, 2005). Wiadomo, że AND wiąże się z określonymi cechami interseksualnymi i ostatnio przyciąga wiele uwagi, szczególnie w odniesieniu do jego wpływu na psychofizjologię kobiet (Jacob i McClintock, 2000; Jacob i in., 2001, 2002; Lundström i Olsson, 2005; Wyart i in., 2007). Istnieją jednak dowody na to, że AND wpływa również na psychofizjologię i zachowanie mężczyzn (Bensafi i in., 2003, 2004). Te specyficzne dla płci efekty nie tylko czynią AND szczególnie interesującym, ale także powodują tendencyjność interpretacyjną niektórych wyników z powodu mieszanych grup badawczych i niepełnego opisu badań. Tabela 1 zawiera przegląd badań i wyników specyficznych dla płci.

Dane z wcześniejszych badań behawioralnych i psychofizjologicznych są przedstawione w następujących sekcjach skategoryzowanych według płci próby.

Studies Investigating AND in a Female Sample

Psychofizjologiczne manifestacje związane z ekspozycją na AND u osób płci żeńskiej zostały zgłoszone, w oparciu o AND wykryte w poziomach kortyzolu ślinowego (Wyart i in., 2007) i autonomiczne poziomy fizjologii wykazały znaczne zmniejszenie częstości oddechów i serca, jak również przewodnictwo skóry i zwiększoną temperaturę ciała (Grosser et al., 2000). Ponadto, Lundström i współpracownicy sugerują, że AND wzmacnia u kobiet poczucie bycia skoncentrowanym (Lundström i in., 2003) i wywołuje zwiększoną uważność, nawet poza świadomym wykrywaniem AND (Lundström i Olsson, 2005). Ponadto, analizy nagrań chemosensorycznych potencjałów związanych z wydarzeniami (ERP) wykazały, że AND jest przetwarzany od 13 do 20 procent szybciej niż odoranty podobne pod względem oceny hedoniczności i intensywności (Lundström i in., 2006b). Ze szczególnym uwzględnieniem ogólnie proponowanej roli AND w zachowaniach reprodukcyjnych, dwa badania (Thorne i in., 2002; Saxton i in., 2008) wskazują, że oceny atrakcyjności kobiet dokonywane przez mężczyzn są modulowane przez ten specjalny chemosygnał, z wyższymi ocenami kobiet w warunku AND, podczas gdy inny eksperyment (Lundström i Olsson, 2005) nie był w stanie potwierdzić tego efektu.

Saxton i in. (2008), którzy oceniali efekt AND w zdarzeniu typu speed-dating, argumentowali, że sugerowana zależność AND od kontekstu może występować tylko w obecności osoby płci męskiej (Jacob i in., 2001; Lundström i Olsson, 2005). Ponadto, najnowsza literatura sugeruje, że AND wzmacnia intraseksualne strategie konkurencji u kobiet (Parma et al., 2012).

Rola AND jako modulatora-chemosygnału została również omówiona w kontekście służenia jako związek między stanem hormonalnym i tego specjalnego steroidu: Podczas gdy kobiety przyjmujące doustne środki antykoncepcyjne są bardziej wrażliwe na zapachy środowiskowe, kobiety płodne wykazywały większą wrażliwość na chemosygnały o znaczeniu reprodukcyjnym, takie jak androstadienon (Lundström et al., 2006a). W odniesieniu do wpływu AND na nastrój, AND stwierdzono, aby zwiększyć pozytywny nastrój u kobiet, z uczuciem bycia bardziej zrelaksowany, spokojny i wolny od negatywnych uczuć (Grosser et al., 2000; Preti et al., 2003). Inne badanie wykazało, że otoczenie, sposób i osoba prowadząca eksperyment odgrywają rolę w percepcji. Lundström i Olsson (2005) podkreślili wpływ warunków socjo-eksperymentalnych u kobiet, które wykazywały zmiany w zgłaszanym przez siebie nastroju tylko wtedy, gdy interakcje eksperymentalne były wykonywane przez eksperymentatora mężczyznę, tym samym, ponownie, proponując zależny od kontekstu efekt dla AND.

Badania badające AND w próbach męskich

Badania wykorzystujące próby męskie są rzadkie. Jedyne badanie badające efekt AND u mężczyzn pojawiło się niedawno i wykazało, że AND bezpośrednio wpłynęło na zachowania kooperacyjne mężczyzn poprzez zwiększenie takich zachowań (Huoviala i Rantala, 2013).

Badania badające AND w próbach mieszanych

Zdefiniowaliśmy badania z próbami mieszanymi jako te, w których projekt badania obejmował mężczyzn i kobiety.

W odniesieniu do efektów aktywacji we współczulnym układzie nerwowym, badanie przeprowadzone przez Jacob et al. (2001) było w stanie potwierdzić sugerowane uspokajające efekty AND na fizjologię kobiet, jak już zasugerowano w badaniu z wykorzystaniem próbki kobiet przedstawionej w powyższej sekcji (patrz sekcja „Studies Investigating AND in a Female Sample”; Grosser et al., 2000). Podczas gdy podanie AND prowadziło do podniesienia temperatury skóry u mężczyzn i obniżenia temperatury u kobiet, AND zwiększało przewodnictwo skóry u obu płci, przy czym znacznie większy efekt obserwowano u kobiet, co wskazuje, że efekt pobudzenia był bardziej rozpowszechniony u kobiet niż u mężczyzn (Jacob et al., 2001). Co ciekawe, efekty aktywizujące AND były zależne od kontekstu socjo-eksperymentalnego, ponieważ reakcje kobiet obserwowano tylko w sesjach prowadzonych przez badacza-mężczyznę. Niektóre inne wyniki badań podkreślały zależność AND od kontekstu w podobny sposób. Podczas gdy AND podawana w neutralnym kontekście, lub w kontekście z niewielką interakcją społeczną, nie wpływała na funkcje autonomicznego układu nerwowego, umożliwiała zwiększone pobudzenie seksualne w kontekście pobudzenia seksualnego w sposób niezależny od płci (Bensafi i in., 2004; Hummer i McClintock, 2009). Podczas tego samego kontekstu pobudzenia seksualnego, częstość oddechów, zwłaszcza u mężczyzn, zmniejszyła się, podczas gdy temperatura skóry u obu płci wzrosła (Bensafi i in., 2004).

W odniesieniu do zmiennych psychologicznych, AND odnotowano rozbieżne skutki u mężczyzn i kobiet, jak wykazano dla stanów psychofizjologicznych; podczas gdy podawanie AND prowadziło do zwiększenia negatywnych emocji u mężczyzn (Jacob i McClintock, 2000), zwłaszcza w nieprzyjemnych okolicznościach (Bensafi i in., 2004), żaden negatywny efekt nie został wywołany u kobiet. Skupiając się na kontekst-zależności z AND, pozytywne uczucia u kobiet okazały się być utrzymywane podczas smutnego czasu (Bensafi i in., 2004) i zostały zwiększone w neutralnym kontekście (Jacob i McClintock, 2000).

Ponadto, inne badanie, które analizowało wpływ AND na nastrój i percepcję bólu stwierdził, że ekspozycja na ten steryd doprowadziła do poprawy stanu nastroju tylko u kobiet (Villemure i Bushnell, 2007). Na podstawie tego odkrycia autorzy wysunęli hipotezę, że kobiety będą wykazywały niższe odczuwanie bólu po ekspozycji na AND. Założenie to nie zostało jednak potwierdzone, gdyż kobiety, co ciekawe, wykazywały zwiększone odczuwanie bólu (Villemure i Bushnell, 2007).

Wpływ płci eksperymentatorów na odpowiedź podstawową w eksperymencie AND został ostatnio zaobserwowany również u gryzoni (Sorge i in., 2014). Jeśli chodzi o przyszłe badania, należy rozważyć wstępne ustalenia dotyczące rozbieżnych pod względem płci efektów AND na zmienne psychofizjologiczne, jak również psychologiczne, a zwłaszcza zależność AND od kontekstu. Ta zależność od kontekstu powinna być uwzględniona przy planowaniu eksperymentów, jak również przy interpretacji wyników, aby zapobiec błędom interpretacyjnym.

Neuronal Correlates of AND

W ciągu ostatnich kilku lat duża liczba badań neuroobrazowych dostarczyła wglądu w neuronalne przetwarzanie pospolitych odorantów przez drogę węchową (przegląd, patrz Lundström i in., 2011). Podczas gdy pospolite zapachy zwykle aktywują skrzyżowanie skroniowo-czołowe, tzw. korę piramidową, jądro migdałowate, przysadkę mózgową i korę oczodołowo-czołową, zapachy ciała zwykle aktywują sieć zlokalizowaną poza głównym układem węchowym, w tym tylną korę zakrętu obręczy, zakręt potyliczny, zakręt kątowy i przednią korę zakrętu obręczy (przegląd: Lundström i Olsson, 2010). Poniższy rozdział ma na celu przedstawienie czytelnikowi przeglądu neuronalnego przetwarzania chemosygnału AND.

Badania neuroobrazowania wykazały, że wyniki są zależne od płci, ale należy zwrócić szczególną uwagę na inne istotne odkrycie – efekt orientacji seksualnej. W związku z tym kolejne rozdziały będą podzielone na przetwarzanie neuronalne specyficzne dla płci oraz wpływ orientacji seksualnej.

Aby lepiej zilustrować ustalenia omówione w kolejnych akapitach, przedstawiamy czytelnikowi przegląd wzorów aktywacji neuronalnej wywołanej przez AND, sklasyfikowanych według płci i orientacji seksualnej (patrz Rycina 1).

Gender-Specific Neuronal Processing of AND

Wczesne badania z użyciem pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) badające neuronalne korelaty percepcji AND sugerowały obecność specyficznej dla płci aktywacji neuronalnej, w której szlak podwzgórzowy był znacząco aktywowany u heteroseksualnych kobiet, ale heteroseksualnym mężczyznom brakowało tej aktywacji podwzgórzowej, a zamiast niej aktywowane były obszary kory węchowej (Savic i in., 2001, 2005, 2009; Berglund i in., 2006, 2008; Hillert i in., 2007; Ciumas i in., 2009). Jednakże, w przeciwieństwie do tych badań PET, ostatnie badanie fMRI wykazało aktywację podwzgórza niezwiązaną z płcią (Burke i in., 2012). Gdy autorzy zastosowali różne stężenia AND, znacząco wyższą aktywację podwzgórza wykazano u kobiet niż u mężczyzn, gdy zastosowano wyższe stężenie (10 mM). Koresponduje to z wcześniejszymi badaniami. Jednakże, gdy uczestnicy byli narażeni na średnie stężenia (0,1 mM), mężczyźni wykazywali istotnie silniejszą odpowiedź podwzgórza niż uczestniczące w badaniu kobiety (Burke i in., 2012). Wyniki te doprowadziły autorów do wniosku, że AND wywołuje odpowiedzi podwzgórzowe u obu płci w sposób zależny od stężenia bodźca. Jednakże, porównując te wyniki z serią badań Savic i współpracowników (Savic i in., 2001, 2005, 2009; Berglund i in., 2006, 2008; Hillert i in., 2007; Ciumas i in., 2009), należy zauważyć, że Burke i in. (2012) używali innych metod dostarczania zapachu, stężeń związków, jak również innej techniki obrazowania, co razem wpłynęło na naszą zdolność do bezpośredniego porównania wyników.

Impact of Sexual-Orientation on Neuronal Processing of AND

Ostatnia dekada badań obrazowania mózgu ujawniła, że stymulacja AND wywołuje znaczące i zlokalizowane efekty grupowe, które wydają się być zależne od orientacji seksualnej. Istnieje kilka funkcjonalnych badań neuroobrazowania, które dotyczą odpowiedzi korowych na feromony, które wydają się być zależne od orientacji seksualnej; homoseksualni mężczyźni i transseksualiści mężczyzna-kobieta okazali się wykazywać tę samą ścieżkę aktywacji, co heteroseksualne kobiety, tj, wykazując odpowiedzi podwzgórza po ekspozycji na AND (Savic et al., 2005; Berglund et al., 2008).

W przeciwieństwie do tego, Berglund i współpracownicy stwierdzili, że kobiety homoseksualne przetwarzają AND podobnie jak mężczyźni heteroseksualni, a mianowicie przez części kory węchowej (Berglund et al., 2006). Ustalenia te (Savic i in., 2005; Berglund i in., 2006, 2008), mają duże znaczenie dla podkreślenia istniejących dowodów na wpływ orientacji seksualnej na przetwarzanie neuronalne również w innych obszarach badawczych. Ostatnio wyniki behawioralne i neuroobrazowe Perry i wsp. (2013) wykazały, że empatia jest związana z płcią, a także z preferencją seksualną. Ponadto w badaniu mającym na celu scharakteryzowanie homogenności regionalnej i łączności funkcjonalnej w czasie spoczynku stwierdzono istotne różnice między homo- i heteroseksualnymi mężczyznami (Hu i in., 2013). Stąd, byłoby zarozumiałością nie rozważać możliwości wykorzystania tej zmiennej jako czynnika modulującego w celu uzyskania homogennych grup badanych.

AND-EST Inconsistency

Jak zauważono powyżej, AND jest przetwarzane w sposób specyficzny dla płci; jednakże, jak dotąd, niewiele badań zajmowało się funkcjonalnymi aspektami wykraczającymi poza aktywność neuronalną. Większość opublikowanych badań badających wpływ AND na procesy neuronalne obejmowała również inny potencjalny ludzki feromon, a mianowicie estra-1,3,5(10),16-tetraen-3-ol (EST) (Savic et al., 2001, 2005, 2009; Berglund et al., 2006, 2008; Hillert et al., 2007; Ciumas et al., 2009). EST został m.in. wykryty jako naturalny składnik moczu u kobiet w ciąży (Thysen i in., 1968). Co ciekawe, podanie tego estrogenopodobnego steroidu wywołuje efekt komplementarny do AND. Podczas gdy aplikacja AND powodowała u kobiet aktywację podwzgórza, a u mężczyzn aktywację wspólnych obszarów węchowych, EST jest przetwarzany w sposób diametralnie przeciwny, a mianowicie poprzez szlak podwzgórzowy u heteroseksualnych mężczyzn i części kory węchowej u heteroseksualnych kobiet (Savic i in., 2001, 2005, 2009; Berglund i in., 2006, 2008; Hillert i in., 2007; Ciumas i in., 2009). Ta komplementarna relacja wydaje się mieć duże znaczenie fizjologiczne.

W porównaniu z AND, specyficzne psychofizjologiczne miary EST są w dużej mierze nieznane. Jednakże, podczas gdy wyniki badań Bensafi i in. (2003) nie wykazały żadnego wpływu EST na pobudzenie fizjologiczne, ci sami autorzy stwierdzili, że EST wpływa na pobudzenie fizjologiczne w sposób zależny od zawartości (Bensafi i in., 2004). Badając świadomą percepcję zapachową AND i EST w modelu zwierzęcym, Laska i wsp. (2006) uzyskali efekt specyficzny dla płci, wykrywając wrażliwość węchową na AND u samic, ale nie u samców małp pająków, podczas gdy reakcje na najwyższe stężenia EST występowały u samców, ale nie u samic. Dane te podkreślają również specyficzne dla płci przetwarzanie tych dwóch związków podobnych do feromonów w modelach zwierzęcych nie będących ludźmi. Wreszcie, wyniki te wskazują, że istnieje znaczna potrzeba badań nad psychofizjologicznymi skutkami EST.

Uwagi końcowe

Jak wykazano, nieświadome zastosowanie AND pośredniczy w ludzkim zachowaniu, psychofizjologii, a także przetwarzaniu korowym, z różnymi reakcjami i aktywacjami u mężczyzn i kobiet. W odniesieniu do poprzednich ustaleń, sugerowany wpływ warunku kontekstualnego powinien być brany pod uwagę w każdym dalszym planowaniu badania, jak również w interpretacji i raportowaniu wyników. Ponadto, rozbieżności w wynikach pomiędzy różnymi badaniami podkreślają potrzebę dalszych badań w tej dziedzinie, zwłaszcza w zakresie pod- i ponadprogowego stosowania AND w celu wykluczenia potencjalnych efektów zależnych od stężenia. Ponadto, pojawienie się obrazowania chemosensorycznego z wykorzystaniem fMRI pozwala na bardziej rygorystyczne i czasowo szczegółowe badanie neuronalnego przetwarzania AND. Wreszcie, jak wykazały przedstawione powyżej wyniki neuroobrazowania związane z orientacją seksualną, należy zwrócić uwagę na to, aby albo włączyć homogenne grupy badanych, albo starannie kontrolować cechy demograficzne. Mechanizmy pośredniczące tych specyficznych dla płci i preferencji seksualnych efektów w behawioralnym, psychofizjologicznym i neuronalnym przetwarzaniu AND powinny stanowić podstawę dalszych badań.

Oświadczenie o konflikcie interesów

Autorzy deklarują, że badania zostały przeprowadzone przy braku jakichkolwiek komercyjnych lub finansowych relacji, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

Podziękowania

Badania te były wspierane przez FWF (Veronika Schöpf, Karl-Heinz Nenning, Kathrin Kollndorfer, Jacqueline Krajnik: P23205-B09; Jacqueline Krajnik: KLI 252; Karl-Heinz Nenning: P22578-B19) oraz przez UE (Karl-Heinz Nenning: FP7-ICT-2009-5/257528). Johan N. Lundström jest finansowany przez Knut and Alice Wallenberg Foundation (KAW 2012.0141).

.