Інструмент штучного інтелекту виявляє статеві відмінності в структурі мозку

Нове дослідження показує, що комп'ютерні програми штучного інтелекту (ШІ), які обробляють МРТ-скани, виявляють відмінності в організації мозку чоловіків і жінок на клітинному рівні. Ці відмінності були виявлені в білій речовині, тканині, що знаходиться переважно у внутрішньому шарі людського мозку та забезпечує комунікацію між регіонами.

Відомо, що чоловіки та жінки по-різному страждають від розсіяного склерозу, розладів аутистичного спектру, мігрені та інших проблем з мозком, а також проявляють різні симптоми. Детальне розуміння того, як біологічна стать впливає на мозок, розглядається як спосіб покращення діагностичних інструментів та методів лікування. Однак, хоча розмір, форму та вагу мозку було вивчено, дослідники мають лише часткове розуміння його структури на клітинному рівні.

Нове дослідження, проведене вченими з Нью-Йоркського університету в Лангоні, використовувало метод штучного інтелекту, який називається машинним навчанням, для аналізу тисяч МРТ-сканів мозку 471 чоловіка та 560 жінок. Результати показали, що комп'ютерні програми могли точно розрізняти чоловічий та жіночий мозок, виявляючи структурні та складні закономірності, невидимі для людського ока.

Результати були підтверджені трьома різними моделями штучного інтелекту, розробленими для визначення біологічної статі, використовуючи їхні відносні сильні сторони або зосереджуючись на невеликих ділянках білої речовини, або аналізуючи зв'язки між великими ділянками мозку.

«Наші результати дають чіткіше уявлення про структуру живого людського мозку, що може запропонувати нове розуміння того, як розвиваються багато психічних та неврологічних розладів і чому вони можуть проявлятися по-різному у чоловіків та жінок», – сказала провідний автор дослідження та нейрорадіолог, доктор медичних наук Івонн Луї.

Луї, професор і заступник голови з досліджень кафедри радіології Медичної школи Гроссмана Нью-Йоркського університету, зазначає, що попередні дослідження мікроструктури мозку значною мірою спиралися на моделі тварин та зразки тканин людини. Крім того, достовірність деяких із цих попередніх висновків була поставлена під сумнів через використання статистичного аналізу «намальованих від руки» областей інтересу, що вимагало від дослідників прийняття багатьох суб'єктивних рішень щодо форми, розміру та розташування обраних ними областей. Такий вибір потенційно може спотворити результати, каже Луї.

Автори зазначають, що результати нового дослідження дозволили уникнути цієї проблеми, використовуючи машинне навчання для аналізу цілих груп зображень, не вказуючи комп'ютеру дивитися на певне місце, що допомогло усунути людські упередження.

Для дослідження команда почала з надання програмам штучного інтелекту існуючих даних, отриманих за допомогою МРТ-сканувань мозку здорових чоловіків та жінок, а також біологічної статі кожного сканування. Оскільки ці моделі були розроблені з використанням складних статистичних та математичних методів, щоб з часом ставати «розумнішими» в міру накопичення даних, вони зрештою «навчилися» самостійно розпізнавати біологічну стать. Важливо, що програми не могли використовувати загальний розмір та форму мозку для своїх визначень, каже Луї.

Згідно з результатами, усі моделі правильно визначили стать сканів у 92–98% випадків. Кілька особливостей допомогли машинам зробити свої висновки, зокрема, наскільки легко і в якому напрямку вода могла рухатися через тканину мозку.

«Ці висновки підкреслюють важливість різноманітності при вивченні захворювань, що виникають у людському мозку», — сказав співавтор дослідження Джунбо Чен, магістр наук, докторант Інженерної школи Тандон Нью-Йоркського університету.

«Якщо, як це було історично, чоловіків використовувати як стандартну модель для різних розладів, дослідники можуть пропустити важливі висновки», – додала співавтор дослідження Вара Лакшмі Баянагарі, магістр наук, аспірантка Інженерної школи Тандон Нью-Йоркського університету.

Баянагарі застерігає, що хоча інструменти штучного інтелекту можуть повідомляти про відмінності в організації клітин мозку, вони не можуть визначити, яка стать більш схильна до яких рис. Вона додає, що дослідження класифікувало стать на основі генетичної інформації та включало лише МРТ-сканування цисгендерних чоловіків та жінок.

Автори кажуть, що команда планує продовжити вивчення розвитку статевих відмінностей у структурі мозку з часом, щоб краще зрозуміти роль екологічних, гормональних та соціальних факторів у цих змінах.

Роботу було опубліковано в журналі Scientific Reports.