《Frontiers in Human Neuroscience》：Neurophysiological sex differences in mental rotation in young adults: a narrative review of event-related potentials
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摘要：心理旋转中的性别差异是最常被报告的行为学性别差异之一。识别空间认知背后的神经生理机制可能有助于更全面地理解男性和女性的认知加工过程。本综述综合了来自事件相关电位（ERP）研究的证据，并确定了健康年轻成人在心理旋转的ERP相关性中与性别相关的神经生理差异。
摘要：心理旋转中的性别差异是最常被报告的行为学性别差异之一。识别空间认知背后的神经生理机制可能有助于更全面地理解男性和女性的认知加工过程。本综述综合了来自事件相关电位（ERP）研究的证据，并确定了健康年轻成人在心理旋转的ERP相关性中与性别相关的神经生理差异。研究人员还综合了行为学证据，以检验其与ERP发现之间的关系。在PubMed、Scopus和Web of Science中进行结构化检索，确定了发表于1987年1月至2026年2月期间的研究。共有12项研究符合纳入标准，所有研究对象均为年轻成人参与者。证据表明，年轻男性可能表现出更高的心理旋转表现，同时伴随着ERP振幅、潜伏期、全局场功率（GFP）和地形图模式方面的性别相关差异。早期和晚期的ERP差异提示了神经生理加工过程中的性别相关差异，尽管其潜在机制仍不确定。ERP差异也可能在没有行为效应的情况下出现，这表明神经生理测量具有更高的敏感性。跨研究最一致的发现是，随着任务难度的增加，特别是当旋转角度更大、刺激更为复杂、三维、不熟悉或不易命名时，行为和神经生理的性别差异变得更加显著。相比之下，关于反应格式、刺激呈现方式、时间限制和特定认知策略影响的证据仍然有限或不一致。鉴于研究数量有限、方法异质性高以及样本量较小，这些发现应谨慎解读。
1 引言
大量研究已确定成人认知功能中存在与性别相关的差异。“社会与生物”框架提出，行为是由生物因素与社会因素之间的相互作用塑造的。然而，即使观察到神经差异，也难以判断其反映的是遗传影响、对环境的神经可塑性适应，还是两者兼有。
空间能力中的性别差异被持续报道，特别是在心理旋转（MR）方面，尤其是针对三维（3D）刺激。这些差异在不同文化中均很明显，效应量从中等到大，且贯穿整个生命周期。证据表明，心理旋转中的性别差异部分由生物因素解释，包括产前和产后激素影响，以及涉及空间加工的脑区在结构和功能上的基因决定差异。同时，社会心理因素，包括刻板印象期望和经验，也可能对个体和性别相关的心理旋转差异产生实质性贡献。因此，心理旋转中的性别差异很可能反映了生物倾向与环境经验之间的复杂交互作用。
脑电图（EEG）是一种通过头皮电极记录大脑电活动的非侵入性电生理方法。本综述特别关注事件相关电位（ERP），因其高时间分辨率使其非常适合检查心理旋转的阶段特异性神经生理关联，并能提供有关感觉、认知和运动过程时间动态的有价值信息。在心理旋转过程中，ERP反映了早期感觉评估、复杂特征评估与策略选择、心理旋转本身以及决策与反应准备阶段。据我们所知，尚无综述专门综合了健康成年人在心理旋转中性别差异的ERP证据。本综述旨在综合ERP证据，并确定健康年轻成人在心理旋转的ERP相关性中一致的性别相关神经生理差异。
2 方法
在PubMed、Scopus和Web of Science中进行了结构化文献检索，以确定1987年1月至2026年2月间发表的、考察心理旋转中ERP和性别差异的研究。纳入标准为健康成人人类研究、英文全文文章，以及报告与心理旋转和性别差异相关的ERP数据。合格研究需比较不同生物学性别之间的心理旋转ERP相关性。排除标准包括儿童、青少年、临床或动物样本、非实证论文以及无相关ERP数据的研究。由于现有文献仅涉及年轻成人（18–38岁），因此本综述聚焦于这一年龄组。筛选和研究选择由一名评审员进行。作为一篇叙述性综述，其目的是综合神经生理性别效应和方法学趋势，而非进行荟萃分析。
3 结果
纳入研究的方法学特征和发现在表1和表2中进行了总结。12项研究中，有9项报告了行为学性别差异，通常表现为男性更高的准确率和更快的反应时，尤其是在3D任务中。在神经生理层面，12项研究中有11项报告了早期和晚期ERP成分以及地形图模式中的性别相关差异。总体而言，男性倾向于表现出更高的绩效和较低的振幅或独特的激活模式，而女性则更常表现出更高的振幅和更广泛的激活模式。有两项研究报告了无行为效应的神经生理差异，表明ERP可能揭示出行为上未检测到的细微性别差异。
在早期加工ERP方面，女性通常表现出更大的早期ERP成分振幅，并且在某些研究中潜伏期更短，提示了早期感觉和知觉加工中的性别相关差异。在旋转相关阶段，女性普遍表现出更高的全局场功率（GFP），伴随更大的P3振幅和更强的额叶负波。男性则在旋转期间倾向于表现出减低的顶叶振幅和较低的整体脑活动，有时尽管其行为表现相当或更好。在地形图分布方面，12项研究中有8项发现了地形图的性别相关差异。最常见的提议区分是整体加工与分析加工，即男性更倾向于将刺激作为整体构型进行旋转，而女性则更多依赖逐步加工。顶叶偏侧化模式提示男性右侧半球参与度更高，而女性则更多表现为左侧半球加工。前后部差异包括女性更强的额叶参与度和男性更强的顶枕叶激活。
4 讨论
4.1 主要结果
本综述考察了最稳健的行为学性别差异之一——心理旋转的神经生理基础。所有纳入研究均涉及年轻成人，其中四项使用了小样本，限制了普适性并需要谨慎解读。在神经生理层面，男性倾向于表现出更高的绩效和较低的振幅，而女性则更常表现出更高的振幅和更广泛的激活模式。ERP差异也可能在没有行为效应的情况下出现，表明ERP可能揭示出行为上未检测到的细微性别差异。
4.2 早期加工ERP
综述研究表明，性别差异可能在心理旋转本身之前的早期感觉和知觉加工阶段就已显现。女性通常表现出更大的早期ERP成分振幅，并且在某些研究中潜伏期更短，这可能与加工效率、神经募集、注意力分配或任务投入有关。
4.3 旋转相关ERP
在旋转相关阶段，女性普遍表现出更高的GFP、更大的P3振幅和更强的额叶负波。这些发现可能反映了心理旋转过程中不同的神经募集、更大的认知努力、补偿性加工或认知策略差异。男性则倾向于表现出减低的顶叶振幅和较低的整体脑活动，有时尽管其行为表现相当或更好，这曾被解释为可能与神经效率假说一致。此外，男性晚期ERP成分的潜伏期更短，可能表明心理旋转加工更早、更快。
4.4 地形图分布
12项研究中有8项发现了地形图的性别相关差异。最常见的提议区分是整体加工与分析加工。其他提出的性别差异包括视觉与言语策略、自上而下与自下而上策略以及反应选择策略。这些策略可能不同程度地激活两侧半球，并对工作记忆提出不同需求。然而，关于性别相关认知策略的证据仍不一致。顶叶偏侧化模式提示男性右侧半球参与度更高，而女性则更多表现为左侧半球加工。前后部差异包括女性更强的额叶参与度和男性更强的顶枕叶激活。虽然认知策略受到了相当多的关注，但生物因素也可能导致地形图的性别差异。
4.5 任务和刺激特征
神经生理性别差异在早期和晚期ERP成分以及地形图模式中均有观察到，但随任务需求和刺激特征而变化。任务设计变量，如任务类型、刺激呈现方式、反应格式和时间限制，会影响心理旋转的需求。旋转角度和角度差异是心理旋转任务难度的主要决定因素。心理旋转任务采用二维（2D）和3D刺激，它们在认知需求上有所不同。刺激的复杂性、熟悉度和可命名性进一步调节心理旋转表现。总体而言，最一致的发现是，随着任务难度的增加，特别是当旋转角度更大、刺激更为复杂、3D、不熟悉或不易命名时，性别相关的行为和神经生理差异变得更加显著。
4.6 方法学问题
一个局限性在于12项研究中有4项采用了小样本，降低了统计效力、可靠性和结果的稳健性。低统计效力增加了遗漏真实效应和产生不稳定或不可复制结果的风险。加上显著的方法学异质性，小样本量降低了可比性，需要对研究发现进行谨慎解读。此外，筛选和研究选择由一名评审员进行，这可能增加了选择偏倚的风险。另一个局限性是所有纳入研究均涉及年轻成人，限制了研究发现的普适性。进一步的局限是对时间锁定ERP测量的主要关注，这提供了关于持续的频率特异性和连接相关脑动力学的有限信息。
5 结论
现有证据表明，年轻男性可能比女性表现出更高的心理旋转表现，同时伴随着ERP测量指标（包括振幅、潜伏期、GFP和地形图模式）中的性别相关差异。早期ERP差异可能反映了早期感觉和知觉加工中的性别相关差异，可能与加工效率、神经募集、注意力分配或任务投入有关。后期ERP成分的差异可能反映了不同的神经募集、认知努力、补偿性加工或认知策略差异。然而，现有证据不足以区分这些替代解释。ERP差异也可能在没有行为效应的情况下出现，这表明神经生理测量具有更高的敏感性。跨研究最一致的发现是，随着任务难度的增加，行为和神经生理的性别差异变得更加显著。鉴于研究数量有限、方法异质性高以及样本量较小，这些发现应谨慎解读。
