Tehisintellekti vahend paljastab soolisi erinevusi aju struktuuris

Uue uuringu kohaselt näitavad tehisintellekti (AI) arvutiprogrammid, mis töötlevad magnetresonantstomograafia (MRI) pilte, meeste ja naiste aju rakutasandil esinevaid erinevusi. Need erinevused leiti valgeaines, mis on kude, mida leidub peamiselt inimese aju sisemises kihis ja mis hõlbustab piirkondadevahelist suhtlust.

On teada, et mehed ja naised kannatavad hulgiskleroosi, autismispektri häire, migreeni ja muude ajuprobleemide all erinevalt ning neil esinevad erinevad sümptomid. Bioloogilise soo mõju ajule üksikasjalikku mõistmist peetakse viisiks diagnostiliste vahendite ja ravimeetodite täiustamiseks. Kuigi aju suurust, kuju ja kaalu on uuritud, on teadlastel selle struktuurist rakulisel tasandil vaid osaline arusaam.

NYU Langone Healthi teadlaste juhitud uues uuringus analüüsiti tehisintellekti tehnikat nimega masinõpe tuhandete 471 mehe ja 560 naise MRI-ajuskaneeringute abil. Tulemused näitasid, et arvutiprogrammid suutsid täpselt eristada meeste ja naiste aju, tuvastades struktuurilisi ja keerulisi mustreid, mis olid inimsilmale nähtamatud.

Tulemusi kinnitasid kolm erinevat tehisintellekti mudelit, mis on loodud bioloogilise soo määramiseks, kasutades oma suhtelisi tugevusi kas valgeaine väikestele laikudele keskendumisel või aju suurte piirkondade ühenduste analüüsimisel.

„Meie tulemused annavad selgema pildi elava inimese aju struktuurist, mis võib pakkuda uusi teadmisi selle kohta, kui palju psühhiaatrilisi ja neuroloogilisi häireid tekib ning miks need võivad meestel ja naistel erinevalt avalduda,“ ütles uuringu juhtiv autor ja neuroradioloog Yvonne Lui.

Lui, NYU Grossmani Meditsiinikooli radioloogia osakonna professor ja teadustöö aseesimees, märgib, et varasemad aju mikrostruktuuri uuringud on suuresti tuginenud loommudelitele ja inimese koeproovidele. Lisaks on mõnede nende varasemate leidude paikapidavust kahtluse alla seatud huvipakkuvate "käsitsi joonistatud" piirkondade statistilise analüüsi abil, mis nõudis teadlastelt paljude subjektiivsete otsuste tegemist valitud piirkondade kuju, suuruse ja asukoha kohta. Sellised valikud võivad tulemusi potentsiaalselt moonutada, ütleb Lui.

Autorid märgivad, et uue uuringu tulemused väldisid seda probleemi, kasutades masinõpet, et analüüsida terveid pildirühmi, ilma et arvuti peaks vaatama konkreetset asukohta, mis aitas kõrvaldada inimeste eelarvamusi.

Uuringu jaoks alustas meeskond tehisintellekti programmidele olemasolevate andmete sisestamisega tervete meeste ja naiste MRI-aju-skaneeringute näidetest koos iga skaneeringu bioloogilise sooga. Kuna need mudelid olid loodud kasutama keerukaid statistilisi ja matemaatilisi meetodeid, et aja jooksul andmete kogunedes „targemaks“ saada, „õppisid“ nad lõpuks ise bioloogilist sugu tuvastama. Oluline on see, et programmid ei saanud oma määramisteks kasutada aju üldist suurust ja kuju, ütleb Lui.

Tulemuste kohaselt tuvastasid kõik mudelid skaneeringute soo õigesti 92–98% ajast. Masinatel aitasid järeldusi teha eelkõige mitmed omadused, sealhulgas see, kui kergesti ja mis suunas vesi ajukoes liikus.

"Need leiud rõhutavad mitmekesisuse olulisust inimese ajust pärinevate haiguste uurimisel," ütles uuringu kaasautor Junbo Chen, MS, NYU Tandoni tehnikakooli doktorant.

„Kui, nagu ajalooliselt on juhtunud, kasutatakse mehi mitmesuguste häirete standardmudelina, võivad teadlased kriitilisi teadmisi kahe silma vahele jätta,“ lisas uuringu kaasautor Vara Lakshmi Bayanagari, MS, NYU Tandoni tehnikakooli magistrant.

Bayanagari hoiatab, et kuigi tehisintellekti tööriistad suutsid tuvastada ajurakkude organisatsiooni erinevusi, ei suutnud nad tuvastada, kumb sugupool oli millistele tunnustele altim. Ta lisab, et uuringus klassifitseeriti sugu geneetilise teabe põhjal ja kaasati ainult cissooliste meeste ja naiste MRI-uuringuid.

Autorid ütlevad, et meeskond plaanib aja jooksul edasi uurida sooliste erinevuste arengut aju struktuuris, et paremini mõista keskkonna-, hormonaalsete ja sotsiaalsete tegurite rolli nendes muutustes.

Töö avaldati ajakirjas Scientific Reports.