Mākslīgā intelekta rīks atklāj dzimumu atšķirības smadzeņu struktūrā

Jaunā pētījumā atklāts, ka mākslīgā intelekta (MI) datorprogrammas, kas apstrādā MRI skenējumus, atklāj atšķirības vīriešu un sieviešu smadzeņu organizācijā šūnu līmenī. Šīs atšķirības tika konstatētas baltajā vielā — audos, kas galvenokārt atrodas cilvēka smadzeņu iekšējā slānī un veicina saziņu starp reģioniem.

Ir zināms, ka vīrieši un sievietes atšķirīgi cieš no multiplās sklerozes, autisma spektra traucējumiem, migrēnas un citām smadzeņu problēmām, un viņiem ir atšķirīgi simptomi. Detalizēta izpratne par to, kā bioloģiskais dzimums ietekmē smadzenes, tiek uzskatīta par veidu, kā uzlabot diagnostikas rīkus un ārstēšanu. Tomēr, lai gan ir pētīts smadzeņu izmērs, forma un svars, pētniekiem ir tikai daļēja izpratne par to struktūru šūnu līmenī.

Jaunā pētījumā, ko vadīja NYU Langone Health pētnieki, tika izmantota mākslīgā intelekta metode, ko sauc par mašīnmācīšanos, lai analizētu tūkstošiem 471 vīrieša un 560 sieviešu smadzeņu MRI skenējumu. Rezultāti parādīja, ka datorprogrammas varēja precīzi atšķirt vīriešu un sieviešu smadzenes, identificējot strukturālus un sarežģītus modeļus, kas cilvēka acij nebija redzami.

Rezultātus apstiprināja trīs dažādi mākslīgā intelekta modeļi, kas izstrādāti bioloģiskā dzimuma noteikšanai, izmantojot to relatīvās stiprās puses, koncentrējoties uz maziem baltās vielas apgabaliem vai analizējot savienojumus plašās smadzeņu zonās.

"Mūsu atklājumi sniedz skaidrāku priekšstatu par dzīva cilvēka smadzeņu struktūru, kas var sniegt jaunu ieskatu par to, cik daudz psihisku un neiroloģisku traucējumu attīstās un kāpēc tie var izpausties atšķirīgi vīriešiem un sievietēm," sacīja vadošā pētījuma autore un neiroradioloģe Ivonna Lui, MD.

Lui, profesors un pētniecības vicepriekšsēdētājs Ņujorkas Universitātes Grosmana Medicīnas skolas radioloģijas nodaļā, norāda, ka iepriekšējie smadzeņu mikrostruktūras pētījumi lielā mērā balstījās uz dzīvnieku modeļiem un cilvēku audu paraugiem. Turklāt dažu šo iepriekšējo atklājumu derīgums ir apšaubīts, izmantojot statistisku analīzi par interesējošiem "ar roku zīmētiem" reģioniem, kas prasīja pētniekiem pieņemt daudzus subjektīvus lēmumus par izvēlēto reģionu formu, izmēru un atrašanās vietu. Šāda izvēle varētu potenciāli sagrozīt rezultātus, saka Lui.

Jaunā pētījuma atklājumi novērsa šo problēmu, izmantojot mašīnmācīšanos, lai analizētu veselas attēlu grupas, nepaziņojot datoram aplūkot konkrētu atrašanās vietu, kas palīdzēja novērst cilvēku aizspriedumus, norāda autori.

Pētījuma veikšanai komanda sāka ar esošo datu ievadīšanu mākslīgā intelekta programmās, piemēram, veselīgu vīriešu un sieviešu MRI smadzeņu skenēšanas gadījumos, kā arī katra skenējuma bioloģisko dzimumu. Tā kā šie modeļi bija izstrādāti, lai izmantotu sarežģītas statistikas un matemātiskās metodes, lai laika gaitā, uzkrājot datus, kļūtu "gudrāki", tie galu galā "iemācījās" paši noteikt bioloģisko dzimumu. Svarīgi ir tas, ka programmas savos noteikumos nedrīkstēja izmantot kopējo smadzeņu izmēru un formu, saka Lui.

Saskaņā ar rezultātiem visi modeļi pareizi identificēja skenēšanas dzimumu 92% līdz 98% gadījumu. Vairākas pazīmes jo īpaši palīdzēja iekārtām izdarīt secinājumus, tostarp tas, cik viegli un kādā virzienā ūdens spēja pārvietoties caur smadzeņu audiem.

"Šie atklājumi izceļ daudzveidības nozīmi, pētot slimības, kuru izcelsme ir cilvēka smadzenēs," sacīja pētījuma līdzautors Junbo Čens, MS, doktorants NYU Tandonas Inženierzinātņu skolā.

"Ja, kā tas ir bijis vēsturiski, vīrieši tiek izmantoti kā standarta modelis dažādiem traucējumiem, pētnieki var palaist garām svarīgas atziņas," piebilda pētījuma līdzautors Vara Lakšmi Bajanagari, MS, NYU Tandonas Inženierzinātņu skolas absolvents.

Bajanagari brīdina, ka, lai gan mākslīgā intelekta rīki varēja ziņot par atšķirībām smadzeņu šūnu organizācijā, tie nevarēja noteikt, kuram dzimumam ir lielāka nosliece uz kurām iezīmēm. Viņa piebilst, ka pētījumā dzimums tika klasificēts, pamatojoties uz ģenētisko informāciju, un tika iekļauti tikai cisdzimuma vīriešu un sieviešu MRI skenējumi.

Autori norāda, ka komanda plāno laika gaitā turpināt pētīt dzimumu atšķirību attīstību smadzeņu struktūrā, lai labāk izprastu vides, hormonālo un sociālo faktoru lomu šajās pārmaiņās.

Darbs tika publicēts žurnālā Scientific Reports.