O Centro Médico da Universidade de Stanford utilizou a IA para detetar diferenças estruturais nos cérebros de homens e mulheres.
O estudo conseguiu uma precisão superior a 90% na identificação do sexo dos indivíduos com base em exames de atividade cerebral, lançando luz sobre o tema há muito debatido das diferenças estruturais específicas do sexo no cérebro.
O investigaçãopublicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), afirma que estas diferenças irão melhorar a nossa compreensão e o tratamento das doenças neuropsiquiátricas que se manifestam de forma distinta nas mulheres e nos homens.
O Dr. Vinod Menon, diretor do Laboratório de Neurociência Cognitiva e de Sistemas de Stanford, explicou a importância de reconhecer as diferenças entre os sexos no cérebro.
"O sexo desempenha um papel crucial no desenvolvimento do cérebro humano, no envelhecimento e na manifestação de perturbações psiquiátricas e neurológicas". Menon declarouO objetivo do estudo é melhorar a nossa compreensão das vulnerabilidades mentais e neurológicas específicas de cada sexo.
Por exemplo, sabemos que as mulheres têm quase o dobro das probabilidades de serem diagnosticadas com depressão, enquanto os homens têm mais probabilidades de serem diagnosticados com PHDA.
Outras doenças mentais como as perturbações da personalidade, a bipolaridade e a esquizofrenia também se manifestam de forma diferente nos homens e nas mulheres.
Identificar e classificar com exatidão as diferenças entre a anatomia do cérebro masculino e feminino é fundamental para compreender se existe uma explicação biológica.
Eis seis passos para descrever o funcionamento do estudo:
- O estudo investigou as diferenças relacionadas com o sexo na função cerebral, que é crucial para compreender os impactos comportamentais e as condições de saúde mental, através da análise de dados de ressonância magnética funcional (fMRI) de cerca de 1500 jovens adultos.
- A IA avançada, especificamente uma rede neural profunda espácio-temporal (stDNN), foi utilizada para analisar exames cerebrais, revelando padrões distintos na forma como os cérebros masculinos e femininos estão organizados.
- Este modelo de IA, sobre o 90%, demonstrou uma precisão impressionante na distinção entre cérebros masculinos e femininos com base na dinâmica funcional, destacando a sua eficácia em várias sessões e coortes independentes.
- As principais redes cerebrais - como a rede de modo padrão, o estriado e o sistema límbico - mostraram diferenças significativas entre os sexos, com tamanhos de efeito superiores a 1,5, indicando distinções robustas na organização cerebral.
- O estudo utilizou técnicas de IA explicável (XAI) que permitiram identificar as características cerebrais específicas responsáveis por estas diferenças, as quais podem prever perfis cognitivos específicos de cada sexo.
- Estas descobertas desafiam as crenças anteriores sobre um espetro contínuo de organização cerebral entre homens e mulheres, enfatizando o sexo como um fator fundamental na estrutura e função do cérebro, com implicações para abordagens médicas personalizadas no tratamento de perturbações mentais e neurológicas.
Os investigadores levaram a sua investigação mais longe, perguntando se podiam prever o desempenho dos indivíduos em tarefas cognitivas com base nas características cerebrais específicas do sexo que tinham identificado.
Para o efeito, criaram dois modelos de IA especializados: um adaptado para prever as capacidades cognitivas dos homens e outro para as mulheres. Estes modelos foram informados pelos padrões cerebrais distintos relacionados com o sexo que a equipa tinha descoberto anteriormente.
O sucesso destes modelos foi notável. O modelo concebido para os homens previa com exatidão o seu desempenho cognitivo, mas não funcionava para as mulheres, e vice-versa. Este facto sugere fortemente que as diferenças funcionais na organização cerebral entre os sexos têm impactos no mundo real sobre o comportamento e as capacidades cognitivas.
Menon explicou a importância destas descobertas: "Estes modelos funcionaram muito bem porque conseguimos separar com sucesso os padrões cerebrais entre os sexos", explicou.
Esta separação levou a uma compreensão mais profunda da forma como ignorar as diferenças entre os sexos na organização do cérebro pode resultar na perda de elementos cruciais que contribuem para as perturbações neuropsiquiátricas.
Menon salientou também o potencial mais alargado do seu modelo de IA. Para além de explorar as diferenças entre os sexos, o modelo pode ser aplicado a várias questões sobre a conetividade cerebral e a sua relação com as funções cognitivas ou os comportamentos.
O papel da IA na neurociência está bem estabelecido. Um estudo recente utilizou a aprendizagem automática para 'recuperar' imagens de exames de ressonância magnéticae outro utilizou células cerebrais para realizar tarefas de reconhecimento de voz.
A IA também tem sido utilizada para analisar padrões de discurso em indivíduos com esquizofrenia e desenvolvem novos avatares terapêuticos 3D.
No futuro, será provavelmente possível "ler a mente" de alguém em tempo real através de aplicação de modelos ML a dados neurológicos.
A equipa de Stanford tenciona tornar o seu modelo acessível à comunidade científica para encorajar mais investigação sobre doenças mentais e dificuldades de aprendizagem.
A visão de Menon é que estas ferramentas de IA compreendam e resolvam os desafios que os indivíduos enfrentam devido a estas diferenças cerebrais.
Modelos sofisticados de imagiologia cerebral poderão vir a contribuir para uma nova era de psiquiatria de precisão. Como Menon resume, "os nossos modelos de IA têm uma aplicabilidade muito ampla".
