Инструмент за изкуствен интелект разкрива половите различия в структурата на мозъка

Компютърни програми с изкуствен интелект (ИИ), които обработват ЯМР сканирания, разкриват разлики в организацията на мозъка на мъжете и жените на клетъчно ниво, показва ново проучване. Тези разлики са открити в бялото вещество, тъканта, намираща се предимно във вътрешния слой на човешкия мозък, която улеснява комуникацията между регионите.

Известно е, че мъжете и жените страдат по различен начин от множествена склероза, разстройство от аутистичния спектър, мигрена и други мозъчни проблеми, както и че проявяват различни симптоми. Подробното разбиране за това как биологичният пол влияе върху мозъка се разглежда като начин за подобряване на диагностичните инструменти и леченията. Въпреки че размерът, формата и теглото на мозъка са изследвани, изследователите имат само частично разбиране за неговата структура на клетъчно ниво.

Ново проучване, ръководено от изследователи от NYU Langone Health, използва техника с изкуствен интелект, наречена машинно обучение, за да анализира хиляди ЯМР сканирания на мозъка от 471 мъже и 560 жени. Резултатите показват, че компютърните програми могат точно да разграничават мъжкия и женския мозък, идентифицирайки структурни и сложни модели, невидими за човешкото око.

Резултатите бяха потвърдени от три различни модела на изкуствен интелект, предназначени да определят биологичния пол, използвайки техните относителни силни страни или при фокусиране върху малки участъци от бялото вещество, или при анализ на връзки в големи области на мозъка.

„Нашите открития предоставят по-ясна картина на структурата на живия човешки мозък, което може да предложи нови прозрения за това как се развиват много психиатрични и неврологични разстройства и защо те могат да се проявяват по различен начин при мъжете и жените“, каза водещият автор на изследването и неврорадиолог д-р Ивон Луи.

Луи, професор и заместник-председател по изследванията в катедрата по радиология в Медицинския факултет „Гросман“ към Нюйоркския университет, отбелязва, че предишни изследвания на микроструктурата на мозъка са разчитали до голяма степен на животински модели и проби от човешки тъкани. Освен това, валидността на някои от тези минали открития е била поставена под въпрос от използването на статистически анализи на „ръчно нарисувани“ области на интерес, което е изисквало от изследователите да вземат много субективни решения относно формата, размера и местоположението на избраните от тях области. Такъв избор би могъл потенциално да изкриви резултатите, казва Луи.

Авторите отбелязват, че откритията на новото проучване са избегнали този проблем, като са използвали машинно обучение за анализ на цели групи изображения, без да казват на компютъра да гледа към конкретно място, което е помогнало за елиминиране на човешките пристрастия.

За проучването екипът започнал, като предоставил на програмите с изкуствен интелект съществуващи данни от примерни ЯМР сканирания на мозъка на здрави мъже и жени, заедно с биологичния пол на всяко сканиране. Тъй като тези модели са проектирани да използват сложни статистически и математически методи, за да станат „по-умни“ с течение на времето, докато натрупват данни, те в крайна сметка са се „научили“ сами да разпознават биологичния пол. Важно е, че програмите са били ограничени от използването на общия размер и форма на мозъка за своите определения, казва Луи.

Според резултатите, всички модели правилно са идентифицирали пола на сканиранията в 92% до 98% от случаите. Няколко характеристики по-специално са помогнали на машините да направят своите заключения, включително колко лесно и в каква посока водата е могла да се движи през мозъчната тъкан.

„Тези открития подчертават значението на разнообразието при изучаването на заболявания, които произхождат от човешкия мозък“, каза съавторът на изследването Джунбо Чен, магистър, докторант в Инженерното училище Тандон към Нюйоркския университет.

„Ако, както се е случвало исторически, мъжете се използват като стандартен модел за различни разстройства, изследователите може да пропуснат важни прозрения“, добави съавторът на изследването Вара Лакшми Баянагари, магистър, докторант в Инженерното училище Тандон към Нюйоркския университет.

Баянагари предупреждава, че макар инструментите с изкуствен интелект да могат да отчитат разлики в организацията на мозъчните клетки, те не могат да идентифицират кой пол е по-склонен към кои черти. Тя добавя, че проучването е класифицирало пола въз основа на генетична информация и е включвало само ЯМР сканирания на цисгендър мъже и жени.

Екипът планира да проучи допълнително развитието на половите различия в структурата на мозъка с течение на времето, за да разбере по-добре ролята на екологичните, хормоналните и социалните фактори в тези промени, казват авторите.

Работата е публикувана в списанието Scientific Reports.