Mākslīgā intelekta rīks atklāj dzimumu atšķirības smadzeņu struktūrā

Mākslīgā intelekta (AI) datorprogrammas, kas apstrādā MRI skenējumus, atklāj atšķirības vīriešu un sieviešu smadzeņu struktūrā šūnu līmenī, liecina jauns pētījums. Šīs atšķirības tika konstatētas baltajā vielā — audos, kas galvenokārt atrodas cilvēka smadzeņu iekšējā slānī, kas atvieglo 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 smadzeņu izmērs, forma un svars ir pētīti, pētniekiem ir tikai daļēja izpratne par to struktūru šūnu līmenī.

Jaunajā pētījumā, ko vadīja NYU Langone Health pētnieki, tika izmantota AI tehnika, ko sauc par mašīnmācīšanos, lai analizētu tūkstošiem 471 vīrieša un 560 sieviešu smadzeņu MRI skenējumu. Rezultāti parādīja, ka datorprogrammas var precīzi atšķirt vīriešu un sieviešu smadzenes, atklājot strukturālus un sarežģītus modeļus, kas bija neredzami cilvēka acij.

Rezultātus apstiprināja trīs dažādi mākslīgā intelekta modeļi, kas izstrādāti, lai noteiktu bioloģisko dzimumu, izmantojot to relatīvos spēkus, koncentrējoties uz maziem baltās vielas apgabaliem vai analizējot savienojumus lielos smadzeņu reģionos.

"Mūsu atklājumi sniedz skaidrāku izpratni par dzīvu cilvēka smadzeņu struktūru, kas var sniegt jaunu ieskatu par to, cik daudz psihisku un neiroloģisko traucējumu attīstās un kāpēc tie var atšķirties vīriešiem un sievietēm," sacīja pētījuma vadītājs. Un neiroradioloģe Yvonne Luey, MD.

Luy, NYU Grossman Medicīnas skolas Radioloģijas katedras profesors un pētniecības viceprezidents, atzīmē, ka iepriekšējie smadzeņu mikrostruktūras pētījumi galvenokārt balstījās uz dzīvnieku modeļiem un cilvēka audu paraugiem. Turklāt dažu šo pagātnes atklājumu derīgums ir apšaubīts, izmantojot statistisko analīzi par "ar roku zīmētiem" interesējošajiem reģioniem, kas lika pētniekiem pieņemt daudzus subjektīvus lēmumus par atlasīto formu, lielumu un atrašanās vietu. Reģionos. Šādas vēlēšanas varētu izkropļot rezultātus, saka Lui.

Jaunajā pētījumā tika novērsta šī problēma, izmantojot mašīnmācīšanos, lai analizētu visas attēlu grupas, nenorādot datoru uz noteiktu vietu, tādējādi palīdzot novērst cilvēku aizspriedumus, atzīmē autori.

Pētījumam komanda sāka AI programmām nodrošināt esošos datus no veselu vīriešu un sieviešu smadzeņu magnētiskās rezonanses skenēšanas paraugiem, norādot arī katra skenējuma bioloģisko dzimumu. Tā kā šie modeļi tika izstrādāti, lai izmantotu sarežģītas statistikas un matemātikas metodes, lai laika gaitā kļūtu "gudrāki", uzkrājot datus, viņi galu galā "iemācījās" atšķirt bioloģisko dzimumu. Ir svarīgi atzīmēt, ka programmām bija aizliegts to noteikšanai izmantot vispārējo smadzeņu izmēru un formu, saka Lui.

Saskaņā ar rezultātiem visi modeļi skenējot pareizi identificēja dzimumu 92–98% gadījumu. Vairākas funkcijas īpaši palīdzēja mašīnām izdarīt secinājumus, tostarp to, cik viegli un kādā virzienā ūdens varētu pārvietoties pa smadzeņu audiem.

“Šie rezultāti izceļ daudzveidības nozīmi, pētot slimības, kuru izcelsme ir cilvēka smadzenēs,” sacīja pētījuma līdzautors Džunbo Čens, MS, NYU Tandonas inženierzinātņu skolas doktorants.

"Ja, kā tas ir bijis vēsturiski, vīrieši tiek izmantoti kā standarta modelis dažādiem traucējumiem, pētnieki var palaist garām kritisku ieskatu," piebilda pētījuma līdzautore Vara Lakšmi Bayanagari, MS, NYU Tandonas zinātniskās pētniecības students. Inženierzinātņu skola.

Bayanagari brīdina, ka, lai gan AI rīki var ziņot par smadzeņu šūnu organizācijas atšķirībām, tie nevar atklāt, kurš dzimums ir vairāk pakļauts kādām funkcijām. Viņa piebilst, ka pētījumā dzimums tika klasificēts, pamatojoties uz ģenētisko informāciju, un tika iekļauti tikai cisgender vīriešu un sieviešu MRI skenējumi.

Komanda plāno turpināt pētīt dzimumu atšķirību attīstību smadzeņu struktūrā laika gaitā, lai labāk izprastu vides, hormonālo un sociālo faktoru lomu šajās pārmaiņās, sacīja autori.

Darbs tika publicēts žurnālā Scientific Reports.