เครื่องมือปัญญาประดิษฐ์เผยความแตกต่างทางเพศในโครงสร้างสมอง

การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าโปรแกรมคอมพิวเตอร์ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่ประมวลผลการสแกน MRI เผยให้เห็นความแตกต่างในการจัดระเบียบของสมองของผู้ชายและผู้หญิงในระดับเซลล์ ความแตกต่างเหล่านี้พบในเนื้อขาว ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่พบส่วนใหญ่ในชั้นในของสมองมนุษย์ที่อำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างภูมิภาคต่างๆ

เป็นที่ทราบกันดีว่าผู้ชายและผู้หญิงจะมีอาการป่วยที่แตกต่างกัน เช่น โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง โรคออทิสติก ไมเกรน และปัญหาทางสมองอื่นๆ และมีอาการที่แตกต่างกัน ความเข้าใจโดยละเอียดว่าเพศทางชีววิทยาส่งผลต่อสมองอย่างไรถือเป็นหนทางหนึ่งในการปรับปรุงเครื่องมือวินิจฉัยและการรักษา อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีการศึกษาขนาด รูปร่าง และน้ำหนักของสมองแล้ว แต่ผู้วิจัยยังมีความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างของสมองในระดับเซลล์เพียงบางส่วนเท่านั้น

การศึกษาใหม่ที่นำโดยนักวิจัยจาก NYU Langone Health ได้ใช้เทคนิค AI ที่เรียกว่าการเรียนรู้ของเครื่องจักรในการวิเคราะห์ภาพ MRI ของสมองหลายพันภาพจากผู้ชาย 471 คนและผู้หญิง 560 คน ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าโปรแกรมคอมพิวเตอร์สามารถแยกความแตกต่างระหว่างสมองของผู้ชายและผู้หญิงได้อย่างแม่นยำ โดยระบุรูปแบบโครงสร้างและรูปแบบที่ซับซ้อนซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าของมนุษย์

ผลลัพธ์ดังกล่าวได้รับการยืนยันโดยโมเดล AI สามแบบที่ออกแบบมาเพื่อระบุเพศทางชีววิทยา โดยใช้จุดแข็งที่สัมพันธ์กันในการโฟกัสที่บริเวณสีขาวเล็กๆ หรือวิเคราะห์การเชื่อมต่อระหว่างบริเวณขนาดใหญ่ของสมอง

“ผลการวิจัยของเราให้ภาพที่ชัดเจนขึ้นเกี่ยวกับโครงสร้างของสมองมนุษย์ที่มีชีวิต ซึ่งอาจให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับความผิดปกติทางจิตเวชและระบบประสาทจำนวนมากที่เกิดขึ้น และเหตุใดความผิดปกติเหล่านี้จึงอาจแสดงอาการแตกต่างกันในผู้ชายและผู้หญิง” ดร. Yvonne Lui ผู้เขียนหลักของการศึกษาและนักรังสีวิทยาระบบประสาทกล่าว

Lui ซึ่งเป็นศาสตราจารย์และรองประธานฝ่ายวิจัยในแผนกรังสีวิทยาที่ NYU Grossman School of Medicine กล่าวว่าการศึกษาโครงสร้างจุลภาคของสมองก่อนหน้านี้จะอาศัยแบบจำลองของสัตว์และตัวอย่างเนื้อเยื่อของมนุษย์เป็นหลัก นอกจากนี้ ความถูกต้องของผลการค้นพบในอดีตบางส่วนยังถูกตั้งคำถามจากการใช้การวิเคราะห์ทางสถิติของบริเวณที่สนใจที่ “วาดด้วยมือ” ซึ่งทำให้ผู้วิจัยต้องตัดสินใจเชิงอัตวิสัยเกี่ยวกับรูปร่าง ขนาด และตำแหน่งของบริเวณที่เลือก Lui กล่าวว่าการเลือกดังกล่าวอาจทำให้ผลการวิจัยเบี่ยงเบนไปจากความเป็นจริงได้

ผลการศึกษาวิจัยใหม่นี้ช่วยหลีกเลี่ยงปัญหานี้ได้โดยใช้การเรียนรู้ของเครื่องในการวิเคราะห์ภาพกลุ่มต่างๆ ทั้งหมดโดยไม่ต้องบอกให้คอมพิวเตอร์ดูที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง ซึ่งช่วยขจัดอคติของมนุษย์ได้ ผู้เขียนระบุไว้

ในการศึกษา ทีมวิจัยเริ่มต้นด้วยการป้อนข้อมูลที่มีอยู่ให้กับโปรแกรม AI เช่น การสแกนสมองด้วย MRI ของผู้ชายและผู้หญิงที่มีสุขภาพดี พร้อมด้วยเพศทางชีววิทยาของการสแกนแต่ละครั้ง เนื่องจากโมเดลเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาให้ใช้สถิติและคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อให้ "ฉลาดขึ้น" เมื่อเวลาผ่านไปขณะที่รวบรวมข้อมูล พวกเขาจึง "เรียนรู้" ที่จะแยกแยะเพศทางชีววิทยาด้วยตนเองในที่สุด สิ่งสำคัญคือ โปรแกรมถูกจำกัดไม่ให้ใช้ขนาดและรูปร่างของสมองโดยรวมในการกำหนด Lui กล่าว

จากผลการทดสอบ พบว่าโมเดลทั้งหมดสามารถระบุเพศของการสแกนได้อย่างถูกต้อง 92% ถึง 98% ของเวลาทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติหลายประการที่ช่วยให้เครื่องจักรสามารถสรุปผลได้ เช่น ความง่ายในการเคลื่อนตัวของน้ำผ่านเนื้อเยื่อสมองและทิศทางการเคลื่อนที่ของน้ำ

“ผลการวิจัยเหล่านี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของความหลากหลายในการศึกษาโรคที่มีต้นกำเนิดจากสมองมนุษย์” จุนโบ เฉิน นักศึกษาปริญญาเอกที่ NYU Tandon School of Engineering ผู้เขียนร่วมการศึกษากล่าว

“หากว่าผู้ชายถูกใช้เป็นแบบจำลองมาตรฐานสำหรับความผิดปกติต่างๆ ตามที่เคยเป็นมาในประวัติศาสตร์ นักวิจัยอาจพลาดข้อมูลสำคัญไป” Vara Lakshmi Bayanagari นักศึกษาปริญญาโทและนักศึกษาวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาที่ NYU Tandon School of Engineering ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมการศึกษากล่าวเสริม

Bayanagari เตือนว่าแม้ว่าเครื่องมือ AI จะสามารถรายงานความแตกต่างในการจัดระเบียบเซลล์สมองได้ แต่ไม่สามารถระบุได้ว่าเพศใดมีแนวโน้มที่จะมีลักษณะใดมากกว่ากัน เธอเสริมว่าการศึกษานี้จำแนกเพศตามข้อมูลทางพันธุกรรมและรวมเฉพาะการสแกน MRI ของผู้ชายและผู้หญิงที่เป็นซิสเจนเดอร์เท่านั้น

ทีมวิจัยมีแผนที่จะศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับการพัฒนาของความแตกต่างทางเพศในโครงสร้างสมองในแต่ละช่วงเวลา เพื่อทำความเข้าใจถึงบทบาทของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ฮอร์โมน และสังคมที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้ดีขึ้น ผู้เขียนกล่าว

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Scientific Reports