Alat kecerdasan buatan mendedahkan perbezaan jantina dalam struktur otak

Program komputer kecerdasan buatan (AI) yang memproses imbasan MRI mendedahkan perbezaan dalam organisasi otak lelaki dan wanita di peringkat selular, satu kajian baru menunjukkan. Perbezaan ini ditemui dalam bahan putih, tisu yang ditemui kebanyakannya di lapisan dalam otak manusia yang memudahkan komunikasi antara kawasan.

Lelaki dan wanita diketahui menderita secara berbeza daripada pelbagai sklerosis, gangguan spektrum autisme, migrain dan masalah otak yang lain, dan menunjukkan gejala yang berbeza. Pemahaman terperinci tentang cara seks biologi mempengaruhi otak dilihat sebagai satu cara untuk menambah baik alat dan rawatan diagnostik. Walau bagaimanapun, sementara saiz, bentuk dan berat otak telah dikaji, penyelidik hanya mempunyai pemahaman separa tentang strukturnya di peringkat selular.

Satu kajian baru yang diketuai oleh penyelidik di NYU Langone Health menggunakan teknik AI yang dipanggil pembelajaran mesin untuk menganalisis beribu-ribu imbasan otak MRI daripada 471 lelaki dan 560 wanita. Keputusan menunjukkan bahawa program komputer dapat membezakan dengan tepat antara otak lelaki dan perempuan, mengenal pasti corak struktur dan kompleks yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia.

Hasilnya disahkan oleh tiga model AI berbeza yang direka untuk menentukan jantina biologi, menggunakan kekuatan relatifnya sama ada memfokuskan pada tompok kecil bahan putih atau menganalisis sambungan merentasi kawasan besar otak.

"Penemuan kami memberikan gambaran yang lebih jelas tentang struktur otak manusia yang hidup, yang mungkin menawarkan pandangan baru tentang berapa banyak gangguan psikiatri dan neurologi yang berkembang dan mengapa ia mungkin nyata berbeza pada lelaki dan wanita, " kata penulis kajian utama dan pakar neuroradiologi Yvonne Lui, MD.

Lui, seorang profesor dan naib pengerusi untuk penyelidikan di jabatan radiologi di NYU Grossman School of Medicine, menyatakan bahawa kajian terdahulu tentang struktur mikro otak telah banyak bergantung pada model haiwan dan sampel tisu manusia. Di samping itu, kesahihan beberapa penemuan lepas ini telah dipersoalkan oleh penggunaan analisis statistik kawasan "lukisan tangan" yang menarik, yang memerlukan penyelidik membuat banyak keputusan subjektif tentang bentuk, saiz dan lokasi kawasan yang mereka pilih. Pilihan sedemikian boleh berpotensi memesongkan keputusan, kata Lui.

Penemuan kajian baru mengelakkan masalah ini dengan menggunakan pembelajaran mesin untuk menganalisis keseluruhan kumpulan imej tanpa memberitahu komputer untuk melihat lokasi tertentu, yang membantu menghapuskan berat sebelah manusia, nota penulis.

Untuk kajian itu, pasukan bermula dengan memberi program AI kepada data sedia ada contoh imbasan otak MRI lelaki dan wanita yang sihat, bersama-sama dengan jantina biologi setiap imbasan. Oleh kerana model ini direka bentuk untuk menggunakan kaedah statistik dan matematik yang canggih untuk menjadi "lebih bijak" dari semasa ke semasa semasa mereka mengumpul data, mereka akhirnya "belajar" untuk membezakan seks biologi sendiri. Yang penting, program itu dihadkan daripada menggunakan saiz dan bentuk otak keseluruhan untuk penentuan mereka, kata Lui.

Mengikut keputusan, semua model mengenal pasti jantina imbasan 92% hingga 98% dengan betul. Beberapa ciri khususnya membantu mesin membuat kesimpulan mereka, termasuk betapa mudahnya dan ke arah mana air dapat bergerak melalui tisu otak.

"Penemuan ini menyerlahkan kepentingan kepelbagaian apabila mengkaji penyakit yang berasal dari otak manusia, " kata pengarang bersama kajian Junbo Chen, MS, seorang pelajar kedoktoran di NYU Tandon School of Engineering.

"Jika, seperti yang berlaku dalam sejarah, lelaki digunakan sebagai model standard untuk pelbagai gangguan, penyelidik mungkin terlepas pandangan kritikal," tambah pengarang bersama kajian Vara Lakshmi Bayanagari, MS, pelajar penyelidikan siswazah di NYU Tandon School of Engineering.

Bayanagari memberi amaran bahawa walaupun alat AI boleh melaporkan perbezaan dalam organisasi sel otak, mereka tidak dapat mengenal pasti jantina mana yang lebih terdedah kepada sifat mana. Dia menambah bahawa kajian itu mengklasifikasikan jantina berdasarkan maklumat genetik dan hanya memasukkan imbasan MRI lelaki dan wanita cisgender.

Pasukan itu merancang untuk mengkaji lebih lanjut perkembangan perbezaan jantina dalam struktur otak dari semasa ke semasa untuk lebih memahami peranan faktor persekitaran, hormon dan sosial dalam perubahan ini, kata penulis.

Kerja itu diterbitkan dalam jurnal Scientific Reports.