Un instrument de inteligență artificială dezvăluie diferențele de sex în structura creierului

Programele de inteligență artificială (IA) care procesează scanările RMN dezvăluie diferențe în organizarea creierului bărbaților și femeilor la nivel celular, arată un nou studiu. Aceste diferențe au fost descoperite în substanța albă, țesutul care se găsește în principal în stratul interior al creierului uman și care facilitează comunicarea între regiuni.

Se știe că bărbații și femeile suferă diferit de scleroză multiplă, tulburare din spectrul autist, migrene și alte probleme cerebrale și prezintă simptome diferite. O înțelegere detaliată a modului în care sexul biologic afectează creierul este considerată o modalitate de a îmbunătăți instrumentele de diagnostic și tratamentele. Cu toate acestea, deși dimensiunea, forma și greutatea creierului au fost studiate, cercetătorii au doar o înțelegere parțială a structurii sale la nivel celular.

Un nou studiu condus de cercetătorii de la NYU Langone Health a folosit o tehnică de inteligență artificială numită învățare automată pentru a analiza mii de scanări RMN ale creierului de la 471 de bărbați și 560 de femei. Rezultatele au arătat că programele de calculator pot diferenția cu precizie între creierul masculin și cel feminin, identificând modele structurale și complexe care erau invizibile ochiului uman.

Rezultatele au fost confirmate de trei modele diferite de inteligență artificială concepute pentru a determina sexul biologic, folosind punctele lor forte relative fie în concentrarea pe porțiuni mici de substanță albă, fie în analizarea conexiunilor dintre zone mari ale creierului.

„Descoperirile noastre oferă o imagine mai clară a structurii creierului uman viu, ceea ce poate oferi noi perspective asupra modului în care se dezvoltă multe tulburări psihiatrice și neurologice și de ce acestea se pot manifesta diferit la bărbați și femei”, a declarat Yvonne Lui, autorul principal al studiului și neuroradiologul.

Lui, profesor și vicepreședinte pentru cercetare în cadrul departamentului de radiologie de la NYU Grossman School of Medicine, observă că studiile anterioare privind microstructura creierului s-au bazat în mare măsură pe modele animale și probe de țesut uman. În plus, validitatea unora dintre aceste descoperiri anterioare a fost pusă sub semnul întrebării prin utilizarea analizelor statistice ale regiunilor de interes „desenate manual”, ceea ce a obligat cercetătorii să ia multe decizii subiective cu privire la forma, dimensiunea și locația regiunilor selectate. Astfel de alegeri ar putea denatura rezultatele, spune Lui.

Constatările noului studiu au evitat această problemă prin utilizarea învățării automate pentru a analiza grupuri întregi de imagini fără a-i spune computerului să se uite la o anumită locație, ceea ce a contribuit la eliminarea prejudecăților umane, notează autorii.

Pentru studiu, echipa a început prin a furniza programelor de inteligență artificială date existente, cum ar fi exemple de scanări RMN ale creierului unor bărbați și femei sănătoase, împreună cu sexul biologic al fiecărei scanări. Deoarece aceste modele au fost concepute să utilizeze metode statistice și matematice sofisticate pentru a deveni mai „inteligente” în timp, pe măsură ce acumulau date, în cele din urmă au „învățat” să discernă singure sexul biologic. Este important de menționat că programele au fost restricționate de la utilizarea dimensiunii și formei generale a creierului pentru determinările lor, spune Lui.

Conform rezultatelor, toate modelele au identificat corect sexul scanărilor în proporție de 92% până la 98% din cazuri. Mai multe caracteristici au ajutat aparatele să tragă concluziile, inclusiv cât de ușor și în ce direcție s-a putut deplasa apa prin țesutul cerebral.

„Aceste descoperiri evidențiază importanța diversității atunci când se studiază bolile care își au originea în creierul uman”, a declarat Junbo Chen, MS, co-autor al studiului, student la doctorat la NYU Tandon School of Engineering.

„Dacă, așa cum s-a întâmplat în mod tradițional, bărbații sunt folosiți ca model standard pentru diverse tulburări, cercetătorii ar putea rata perspective esențiale”, a adăugat co-autoarea studiului, Vara Lakshmi Bayanagari, MS, studentă la masterat la NYU Tandon School of Engineering.

Bayanagari avertizează că, deși instrumentele de inteligență artificială ar putea raporta diferențe în organizarea celulelor creierului, acestea nu au putut identifica care sex a fost mai predispus la ce trăsături. Ea adaugă că studiul a clasificat sexul pe baza informațiilor genetice și a inclus doar scanări RMN ale bărbaților și femeilor cisgender.

Echipa intenționează să studieze în continuare dezvoltarea diferențelor de sex în structura creierului în timp pentru a înțelege mai bine rolul factorilor de mediu, hormonali și sociali în aceste schimbări, spun autorii.

Lucrarea a fost publicată în revista Scientific Reports.