Nástroj umelej inteligencie odhaľuje pohlavné rozdiely v štruktúre mozgu

Nová štúdia ukazuje, že počítačové programy umelej inteligencie (AI), ktoré spracovávajú snímky magnetickej rezonancie, odhaľujú rozdiely v organizácii mozgu mužov a žien na bunkovej úrovni. Tieto rozdiely sa zistili v bielej hmote, tkanive nachádzajúcom sa prevažne vo vnútornej vrstve ľudského mozgu, ktoré uľahčuje komunikáciu medzi regiónmi.

Je známe, že muži a ženy trpia sklerózou multiplex, poruchou autistického spektra, migrénami a inými problémami s mozgom odlišne a prejavujú sa u nich odlišné príznaky. Detailné pochopenie toho, ako biologické pohlavie ovplyvňuje mozog, sa považuje za spôsob, ako zlepšiť diagnostické nástroje a liečbu. Hoci veľkosť, tvar a hmotnosť mozgu boli študované, výskumníci majú len čiastočné znalosti o jeho štruktúre na bunkovej úrovni.

Nová štúdia vedená výskumníkmi z NYU Langone Health využila techniku umelej inteligencie nazývanú strojové učenie na analýzu tisícok magnetických rezonancií mozgu od 471 mužov a 560 žien. Výsledky ukázali, že počítačové programy dokázali presne rozlišovať medzi mužským a ženským mozgom a identifikovať štrukturálne a komplexné vzory, ktoré boli pre ľudské oko neviditeľné.

Výsledky potvrdili tri rôzne modely umelej inteligencie určené na určenie biologického pohlavia, pričom ich relatívne silné stránky sa zameriavali buď na malé oblasti bielej hmoty, alebo analyzovali prepojenia naprieč veľkými oblasťami mozgu.

„Naše zistenia poskytujú jasnejší obraz o štruktúre živého ľudského mozgu, čo môže ponúknuť nové poznatky o tom, ako sa mnohé psychiatrické a neurologické poruchy vyvíjajú a prečo sa môžu u mužov a žien prejavovať odlišne,“ povedala vedúca autorka štúdie a neurorádiologička Yvonne Lui, MD.

Lui, profesor a podpredseda pre výskum na katedre rádiológie na Grossman School of Medicine na NYU, poznamenáva, že predchádzajúce štúdie mikroštruktúry mozgu sa vo veľkej miere spoliehali na zvieracie modely a vzorky ľudského tkaniva. Okrem toho bola platnosť niektorých z týchto predchádzajúcich zistení spochybnená použitím štatistických analýz „ručne kreslených“ oblastí záujmu, čo vyžadovalo, aby výskumníci urobili mnoho subjektívnych rozhodnutí o tvare, veľkosti a umiestnení oblastí, ktoré vybrali. Takéto rozhodnutia by mohli potenciálne skresliť výsledky, hovorí Lui.

Zistenia novej štúdie sa tomuto problému vyhli použitím strojového učenia na analýzu celých skupín obrázkov bez toho, aby počítaču povedali, aby sa pozrel na konkrétne miesto, čo pomohlo eliminovať ľudské skreslenia, poznamenávajú autori.

Tím začal štúdiu tým, že programom umelej inteligencie poskytli existujúce údaje z príkladov magnetickej rezonancie mozgu zdravých mužov a žien spolu s biologickým pohlavím každého skenu. Keďže tieto modely boli navrhnuté tak, aby používali sofistikované štatistické a matematické metódy, aby sa časom s akumuláciou údajov stali „inteligentnejšími“, nakoniec sa „naučili“ samy rozpoznať biologické pohlavie. Dôležité je, že programy nemohli na svoje určenie používať celkovú veľkosť a tvar mozgu, hovorí Lui.

Podľa výsledkov všetky modely správne identifikovali pohlavie skenov v 92 % až 98 % prípadov. Pri vyvodení záverov strojom pomohlo niekoľko vlastností, vrátane toho, ako ľahko a akým smerom sa voda mohla pohybovať mozgovým tkanivom.

„Tieto zistenia zdôrazňujú dôležitosť diverzity pri štúdiu chorôb, ktoré vznikajú v ľudskom mozgu,“ povedal spoluautor štúdie Junbo Chen, MS, doktorand na NYU Tandon School of Engineering.

„Ak sa, ako to bolo v minulosti, muži používajú ako štandardný model pre rôzne poruchy, výskumníci môžu prehliadnuť kľúčové poznatky,“ dodala spoluautorka štúdie Vara Lakshmi Bayanagari, MS, postgraduálna výskumná študentka na NYU Tandon School of Engineering.

Bayanagari varuje, že hoci nástroje umelej inteligencie dokázali zaznamenať rozdiely v organizácii mozgových buniek, nedokázali identifikovať, ktoré pohlavie bolo náchylnejšie na ktoré vlastnosti. Dodáva, že štúdia klasifikovala pohlavie na základe genetických informácií a zahŕňala iba MRI vyšetrenia cisrodových mužov a žien.

Tím plánuje ďalej študovať vývoj pohlavných rozdielov v štruktúre mozgu v priebehu času, aby lepšie pochopil úlohu environmentálnych, hormonálnych a sociálnych faktorov v týchto zmenách, tvrdia autori.

Práca bola publikovaná v časopise Scientific Reports.