Il Centro Medico dell'Università di Stanford ha utilizzato l'intelligenza artificiale per rilevare le differenze strutturali nei cervelli maschili e femminili.
Lo studio ha raggiunto un'accuratezza di oltre 90% nell'identificare il sesso degli individui sulla base delle scansioni dell'attività cerebrale, facendo luce sull'argomento a lungo dibattuto delle differenze strutturali specifiche del sesso nel cervello.
Il ricercapubblicato nei Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), afferma che queste differenze miglioreranno la nostra comprensione e il trattamento delle condizioni neuropsichiatriche che si manifestano in modo distinto nelle donne e negli uomini.
Il dottor Vinod Menon, direttore dello Stanford Cognitive and Systems Neuroscience Laboratory, ha spiegato l'importanza di riconoscere le differenze di sesso nel cervello.
"Il sesso svolge un ruolo cruciale nello sviluppo del cervello umano, nell'invecchiamento e nella manifestazione di disturbi psichiatrici e neurologici". Menon ha dichiarato, sottolineando lo scopo dello studio di far progredire la nostra comprensione delle vulnerabilità mentali e neurologiche specifiche del sesso.
Ad esempio, sappiamo che le donne hanno una probabilità quasi doppia rispetto agli uomini di ricevere una diagnosi di depressione, mentre gli uomini hanno maggiori probabilità di ricevere una diagnosi di ADHD.
Anche altre malattie mentali, come i disturbi della personalità, il bipolarismo e la schizofrenia, si manifestano in modo diverso nei maschi e nelle femmine.
Identificare e classificare con precisione le differenze tra l'anatomia cerebrale maschile e femminile è fondamentale per capire se esiste una spiegazione biologica.
Ecco sei fasi che descrivono il funzionamento dello studio:
- Lo studio ha analizzato le differenze legate al sesso nella funzione cerebrale, fondamentale per comprendere gli impatti comportamentali e le condizioni di salute mentale, analizzando i dati della risonanza magnetica funzionale (fMRI) di circa 1.500 giovani adulti.
- L'intelligenza artificiale avanzata, in particolare una rete neurale profonda spaziotemporale (stDNN), è stata impiegata per esaminare le scansioni cerebrali, rivelando modelli distinti nell'organizzazione del cervello maschile e femminile.
- Questo modello di intelligenza artificiale, oltre 90%, ha dimostrato un'impressionante accuratezza nel distinguere i cervelli maschili da quelli femminili in base alle dinamiche funzionali, evidenziando la sua efficacia in più sessioni e coorti indipendenti.
- Le principali reti cerebrali, come la rete di modalità predefinita, lo striato e il sistema limbico, hanno mostrato differenze significative tra i sessi, con dimensioni di effetto superiori a 1,5, indicando robuste distinzioni nell'organizzazione cerebrale.
- L'uso di tecniche di Intelligenza Artificiale Spiegabile (XAI) ha permesso di identificare le caratteristiche cerebrali specifiche responsabili di queste differenze, che potrebbero predire i profili cognitivi specifici di ciascun sesso.
- Questi risultati mettono in discussione le precedenti convinzioni su uno spettro continuo di organizzazione cerebrale maschile-femminile, sottolineando il sesso come fattore fondamentale della struttura e della funzione cerebrale, con implicazioni per gli approcci medici personalizzati nel trattamento dei disturbi mentali e neurologici.
I ricercatori hanno approfondito l'indagine chiedendosi se fosse possibile prevedere le prestazioni degli individui nei compiti cognitivi in base alle caratteristiche cerebrali specifiche del sesso che avevano identificato.
Per farlo, hanno creato due modelli di intelligenza artificiale specializzati: uno su misura per prevedere le capacità cognitive degli uomini e un altro per le donne. Questi modelli erano basati sui diversi modelli cerebrali legati al sesso che il team aveva precedentemente scoperto.
Il successo di questi modelli è stato notevole. Il modello progettato per gli uomini prevedeva con precisione le loro prestazioni cognitive, ma non funzionava per le donne e viceversa. Ciò suggerisce fortemente che le differenze funzionali nell'organizzazione cerebrale tra i due sessi hanno un impatto reale sul comportamento e sulle capacità cognitive.
Menon ha spiegato l'importanza di questi risultati: "Questi modelli hanno funzionato molto bene perché siamo riusciti a separare i modelli cerebrali tra i due sessi", ha spiegato.
Questa separazione ha portato a una comprensione più approfondita di come trascurare le differenze di sesso nell'organizzazione cerebrale possa portare a perdere elementi cruciali che contribuiscono ai disturbi neuropsichiatrici.
Menon ha anche evidenziato il potenziale più ampio del loro modello di intelligenza artificiale. Oltre a esplorare le differenze di sesso, il modello può essere applicato a varie domande sulla connettività cerebrale e sulla sua relazione con le funzioni cognitive o i comportamenti.
Il ruolo dell'intelligenza artificiale nelle neuroscienze è ormai consolidato. Un recente studio ha utilizzato l'apprendimento automatico per Recuperare le immagini dalle scansioni di risonanza magneticae un altro ha usato le cellule cerebrali per eseguire compiti di riconoscimento vocale.
L'intelligenza artificiale è stata utilizzata anche per analizzare i modelli di discorso nei soggetti affetti da schizofrenia e sviluppare nuovi avatar terapeutici 3D.
In futuro sarà probabilmente possibile "leggere la mente" di una persona in tempo reale grazie a Applicazione di modelli ML a dati neurologici.
Il team di Stanford intende rendere il proprio modello accessibile alla comunità dei ricercatori per incoraggiare ulteriori ricerche sulle malattie mentali e sulle disabilità di apprendimento.
La visione di Menon è che questi strumenti di intelligenza artificiale possano comprendere e affrontare le sfide che gli individui devono affrontare a causa di queste differenze cerebrali.
Sofisticati modelli di imaging cerebrale potrebbero infine favorire una nuova era di psichiatria di precisione. Come riassume Menon, "i nostri modelli di IA hanno un'applicabilità molto ampia".
