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 baharu menunjukkan. Perbezaan ini ditemui dalam jirim putih, tisu yang terletak terutamanya 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, walaupun saiz, bentuk dan berat otak telah dikaji, penyelidik hanya mempunyai pemahaman separa tentang strukturnya pada peringkat selular.

Kajian baharu itu, yang diketuai oleh penyelidik di NYU Langone Health, menggunakan teknik AI yang dipanggil pembelajaran mesin untuk menganalisis beribu-ribu imbasan MRI otak 471 lelaki dan 560 wanita. Keputusan menunjukkan bahawa atur cara komputer dapat membezakan dengan tepat antara otak lelaki dan perempuan, mendedahkan corak struktur dan kompleks yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia.

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

"Penemuan kami memberikan pemahaman yang lebih jelas tentang struktur otak manusia yang hidup, yang mungkin menawarkan pandangan baharu tentang berapa banyak gangguan psikiatri dan neurologi yang berkembang dan sebab ia mungkin hadir secara berbeza pada lelaki dan wanita," kata pengarang utama kajian itu. Dan pakar neuroradiologi Yvonne Luey, MD.

Luy, profesor dan naib pengerusi penyelidikan di jabatan radiologi di NYU Grossman School of Medicine, menyatakan bahawa kajian terdahulu tentang struktur mikro otak bergantung terutamanya pada model haiwan dan sampel tisu manusia. Selain itu, kesahihan beberapa penemuan lepas ini telah dipersoalkan dengan menggunakan analisis statistik kawasan "lukisan tangan" yang menarik, yang memerlukan penyelidik membuat banyak keputusan subjektif tentang bentuk, saiz dan lokasi yang dipilih. Wilayah. Pilihan raya sebegitu berpotensi memesongkan keputusan, kata Lui.

Kajian baharu mengelakkan masalah ini dengan menggunakan pembelajaran mesin untuk menganalisis keseluruhan kumpulan imej tanpa menghalakan komputer ke lokasi tertentu, membantu menghapuskan berat sebelah manusia, kata penulis.

Untuk kajian, pasukan bermula dengan menyediakan program AI dengan data sedia ada daripada sampel imbasan otak MRI lelaki dan wanita yang sihat, juga menyatakan jantina biologi setiap imbasan. Oleh kerana model ini direka bentuk untuk menggunakan teknik statistik dan matematik yang canggih untuk menjadi "lebih bijak" dari semasa ke semasa apabila data terkumpul, mereka akhirnya "belajar" untuk membezakan jantina biologi sendiri. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa program itu dilarang daripada menggunakan saiz dan bentuk otak keseluruhan untuk penentuan mereka, kata Lui.

Menurut keputusan, semua model mengenal pasti jantina dengan betul daripada imbasan dalam 92% - 98% kes. Beberapa ciri terutamanya membantu mesin mencapai kesimpulan mereka, termasuk betapa mudahnya dan ke arah mana air boleh bergerak melalui tisu otak.

"Keputusan ini menyerlahkan kepentingan kepelbagaian apabila mengkaji penyakit yang berasal dari otak manusia," kata pengarang bersama kajian Junbo Chen, MS, 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, seorang pelajar penyelidikan siswazah di NYU Tandon Pusat Pengajian Kejuruteraan.

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

Pasukan 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.

Karya itu diterbitkan dalam majalah Laporan Saintifik.