Медицинский центр Стэнфордского университета использовал искусственный интеллект для выявления структурных различий в мужском и женском мозге.
Исследование позволило с точностью более 90% определить пол человека по результатам сканирования мозговой активности, пролив свет на давно обсуждаемую тему половых структурных различий в мозге.
Сайт исследованиеВ статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), говорится, что эти различия позволят лучше понять и лечить нервно-психические заболевания, которые по-разному проявляются у женщин и мужчин.
Доктор Винод Менон, директор Стэнфордской лаборатории когнитивной и системной нейронауки, рассказал о важности признания половых различий в мозге.
"Секс играет важнейшую роль в развитии мозга человека, в его старении, в проявлении психических и неврологических расстройств". Менон заявилВ исследовании подчеркивается, что его целью является углубление понимания половой специфики психических и неврологических уязвимостей.
Например, мы знаем, что у женщин почти в два раза чаще, чем у мужчин, диагностируется депрессия, в то время как у мужчин чаще диагностируется СДВГ.
Другие психические заболевания, такие как расстройства личности, биполярное расстройство и шизофрения, также по-разному проявляются у мужчин и женщин.
Точное определение и классификация различий между анатомией мозга мужчин и женщин - ключ к пониманию того, есть ли этому биологическое объяснение.
Вот шесть шагов, описывающих, как проходило исследование:
- В исследовании изучались половые различия в работе мозга, что очень важно для понимания поведенческих последствий и психических заболеваний, путем анализа данных функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) около 1500 молодых взрослых людей.
- Передовой искусственный интеллект, в частности пространственно-временная глубокая нейронная сеть (stDNN), был использован для тщательного изучения снимков мозга, что позволило выявить отличительные закономерности в том, как устроен мозг мужчин и женщин.
- Эта модель искусственного интеллекта, более 90%, продемонстрировала впечатляющую точность в различении мужского и женского мозга на основе функциональной динамики, подчеркнув свою эффективность в нескольких сессиях и независимых когортах.
- Ключевые сети мозга, такие как сеть режима по умолчанию, стриатум и лимбическая система, продемонстрировали значительные половые различия, причем размер эффекта превышал 1,5, что указывает на устойчивые различия в организации мозга.
- Использование в исследовании методов объяснимого искусственного интеллекта (XAI) позволило выявить специфические особенности мозга, ответственные за эти различия, и эти особенности могли предсказать когнитивные профили, характерные для каждого пола.
- Эти результаты опровергают прежние представления о непрерывном спектре организации мозга между мужчинами и женщинами, подчеркивая, что пол является основополагающим фактором в структуре и функционировании мозга, что имеет значение для персонализированных медицинских подходов к лечению психических и неврологических расстройств.
Исследователи пошли дальше и задались вопросом, могут ли они предсказать производительность людей в когнитивных задачах на основе выявленных ими половых особенностей мозга.
Для этого они создали две специализированные модели искусственного интеллекта: одну, предназначенную для прогнозирования когнитивных способностей мужчин, и другую - для женщин. В основу этих моделей легли обнаруженные командой ранее отличительные особенности мозга, связанные с полом.
Успех этих моделей был заметен. Модель, разработанная для мужчин, точно предсказывала их когнитивные показатели, но не работала для женщин, и наоборот. Это убедительно свидетельствует о том, что функциональные различия в организации мозга у разных полов оказывают реальное влияние на поведение и когнитивные способности.
Менон объяснил важность этих результатов: "Эти модели работали очень хорошо, потому что мы успешно разделили модели мозга между полами", - пояснил он.
Это разделение привело к более глубокому пониманию того, как игнорирование половых различий в организации мозга может привести к упущению важнейших элементов, способствующих возникновению нервно-психических расстройств.
Менон также рассказал о более широком потенциале своей модели ИИ. Помимо изучения половых различий, модель может быть применена к различным вопросам о связности мозга и ее связи с когнитивными функциями или поведением.
Роль искусственного интеллекта в нейронауках хорошо известна. В одном из недавних исследований машинное обучение использовалось для "Извлечение" изображений из снимков МРТа другой использовал клетки мозга для выполнения задачи распознавания речи.
ИИ также используется для анализировать речевые паттерны у людей с шизофренией и развитием новые 3D-аватары для терапии.
В будущем, вероятно, станет возможным точно "читать мысли" человека в режиме реального времени с помощью Применение ML-моделей к неврологическим данным.
Команда из Стэнфорда намерена сделать свою модель доступной для научного сообщества, чтобы стимулировать дальнейшие исследования в области психических заболеваний и нарушений обучаемости.
По замыслу Менона, эти инструменты ИИ должны понимать и решать проблемы, с которыми сталкиваются люди из-за этих различий в мозге.
Сложные модели визуализации мозга могут в конечном итоге помочь новой эре точной психиатрии. Как резюмирует Менон, "наши модели ИИ имеют очень широкое применение".
