เครื่องมือปัญญาประดิษฐ์เผยความแตกต่างทางเพศในโครงสร้างสมอง

การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าโปรแกรมคอมพิวเตอร์ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่ประมวลผลการสแกน MRI เผยความแตกต่างในการจัดระเบียบสมองของผู้ชายและผู้หญิงในระดับเซลล์ พบความแตกต่างเหล่านี้ในสสารสีขาว ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่อยู่ในชั้นในของสมองมนุษย์เป็นหลัก ซึ่งเอื้อต่อการสื่อสารระหว่างส่วนต่างๆ

เป็นที่ทราบกันว่าผู้ชายและผู้หญิงมีความทุกข์ทรมานจากโรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง โรคออทิสติกสเปกตรัม ไมเกรน และปัญหาทางสมองอื่นๆ ที่แตกต่างกัน และแสดงอาการที่แตกต่างกัน ความเข้าใจอย่างละเอียดว่าเพศสัมพันธ์ส่งผลต่อสมองอย่างไรนั้น ถือเป็นแนวทางในการปรับปรุงเครื่องมือวินิจฉัยและการรักษา อย่างไรก็ตาม แม้ว่าขนาด รูปร่าง และน้ำหนักของสมองจะได้รับการศึกษาแล้ว แต่นักวิจัยก็มีความเข้าใจเพียงบางส่วนเกี่ยวกับโครงสร้างของสมองในระดับเซลล์

การศึกษาใหม่นี้นำโดยนักวิจัยจาก NYU Langone Health ใช้เทคนิค AI ที่เรียกว่าการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อวิเคราะห์การสแกน MRI หลายพันภาพในสมองของผู้ชาย 471 คนและผู้หญิง 560 คน ผลการวิจัยพบว่าโปรแกรมคอมพิวเตอร์สามารถแยกแยะระหว่างสมองของชายและหญิงได้อย่างแม่นยำ โดยเผยให้เห็นรูปแบบโครงสร้างและความซับซ้อนที่ดวงตามนุษย์มองไม่เห็น

ผลลัพธ์ได้รับการยืนยันโดยแบบจำลอง AI 3 แบบที่แตกต่างกัน ซึ่งออกแบบมาเพื่อระบุเพศทางชีววิทยา โดยใช้จุดแข็งสัมพัทธ์ในการมุ่งเน้นไปที่พื้นที่เล็กๆ ของสสารสีขาว หรือการวิเคราะห์การเชื่อมต่อระหว่างบริเวณสมองขนาดใหญ่

"การค้นพบของเราให้ความเข้าใจที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับโครงสร้างของสมองมนุษย์ที่มีชีวิต ซึ่งอาจให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ ว่าความผิดปกติทางจิตเวชและระบบประสาทมีการพัฒนาไปมากน้อยเพียงใด และเหตุใดจึงเกิดอาการที่แตกต่างกันในผู้ชายและผู้หญิง" ผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าว และนักประสาทวิทยา นพ. Yvonne Luey

ลู ศาสตราจารย์และรองประธานฝ่ายวิจัยในภาควิชารังสีวิทยาที่ NYU Grossman School of Medicine ตั้งข้อสังเกตว่าการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคของสมองก่อนหน้านี้อาศัยแบบจำลองของสัตว์และตัวอย่างเนื้อเยื่อของมนุษย์เป็นหลัก นอกจากนี้ ความถูกต้องของการค้นพบในอดีตบางส่วนยังถูกตั้งคำถามโดยการใช้การวิเคราะห์ทางสถิติของบริเวณที่สนใจ "วาดด้วยมือ" ซึ่งกำหนดให้นักวิจัยต้องทำการตัดสินใจเชิงอัตวิสัยหลายอย่างเกี่ยวกับรูปร่าง ขนาด และตำแหน่งของวัตถุที่เลือก ภูมิภาค การเลือกตั้งดังกล่าวอาจบิดเบือนผลลัพธ์ได้ Lui กล่าว

การศึกษาใหม่หลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยใช้แมชชีนเลิร์นนิงเพื่อวิเคราะห์ภาพทั้งกลุ่มโดยไม่ต้องชี้คอมพิวเตอร์ไปยังตำแหน่งเฉพาะ ซึ่งช่วยขจัดอคติของมนุษย์ ผู้เขียนตั้งข้อสังเกต

สำหรับการศึกษานี้ ทีมงานเริ่มต้นด้วยการจัดหาโปรแกรม AI ด้วยข้อมูลที่มีอยู่จากตัวอย่างการสแกนสมองด้วยเครื่อง MRI ของชายและหญิงที่มีสุขภาพดี พร้อมทั้งระบุเพศทางชีววิทยาของการสแกนแต่ละครั้ง เนื่องจากแบบจำลองเหล่านี้ได้รับการออกแบบเพื่อใช้เทคนิคทางสถิติและคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อให้ "ฉลาดขึ้น" เมื่อเวลาผ่านไปเมื่อข้อมูลที่สะสมมา ในที่สุดพวกเขาก็ "เรียนรู้" ที่จะแยกแยะเพศทางชีววิทยาด้วยตัวมันเอง สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือห้ามใช้โปรแกรมขนาดและรูปร่างโดยรวมของสมองในการตัดสินใจ Lui กล่าว

ตามผลลัพธ์ โมเดลทั้งหมดระบุเพศจากการสแกนได้อย่างถูกต้องใน 92% - 98% ของกรณีทั้งหมด คุณลักษณะหลายอย่างช่วยให้เครื่องจักรบรรลุข้อสรุปเป็นพิเศษ รวมถึงความง่ายดายและทิศทางที่น้ำสามารถเคลื่อนผ่านเนื้อเยื่อสมองได้

“ผลลัพธ์เหล่านี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของความหลากหลายเมื่อศึกษาโรคที่มีต้นกำเนิดในสมองของมนุษย์” จุนโบ เฉิน ผู้ร่วมเขียนการศึกษา นักศึกษาปริญญาเอกจาก NYU Tandon School of Engineering กล่าว

"หากในอดีตที่ผ่านมา ผู้ชายถูกใช้เป็นแบบอย่างมาตรฐานสำหรับความผิดปกติต่างๆ นักวิจัยอาจพลาดข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ" วารา ลักษมี บายานาการี ผู้ร่วมเขียนการศึกษา MS นักศึกษาวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาจาก NYU Tandon กล่าวเสริม คณะวิศวกรรมศาสตร์

บายานาการิเตือนว่าแม้ว่าเครื่องมือ AI จะรายงานความแตกต่างในการจัดระเบียบของเซลล์สมอง แต่ก็ไม่สามารถเปิดเผยว่าเพศใดมีแนวโน้มที่จะมีคุณสมบัติใดมากกว่ากัน เธอเสริมว่าการศึกษานี้จำแนกเพศโดยอิงตามข้อมูลทางพันธุกรรม และรวมเฉพาะการสแกน MRI ของชายและหญิงที่เป็นเพศชายเท่านั้น

ทีมงานวางแผนที่จะศึกษาการพัฒนาความแตกต่างทางเพศในโครงสร้างสมองเมื่อเวลาผ่านไป เพื่อให้เข้าใจบทบาทของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ฮอร์โมน และสังคมในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้ดีขึ้น

งานนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน รายงานทางวิทยาศาสตร์ของนิตยสาร