Uno strumento di intelligenza artificiale rivela le differenze sessuali nella struttura del cervello

Un nuovo studio mostra che i programmi informatici di intelligenza artificiale (AI) che elaborano le scansioni MRI rivelano differenze nell'organizzazione del cervello degli uomini e delle donne a livello cellulare. Queste differenze sono state riscontrate nella sostanza bianca, il tessuto situato principalmente nello strato interno del cervello umano che facilita la comunicazione tra le regioni.

È noto che uomini e donne soffrono in modo diverso di sclerosi multipla, disturbi dello spettro autistico, emicranie e altri problemi cerebrali e presentano sintomi diversi. Una comprensione dettagliata di come il sesso biologico influisce sul cervello è vista come un modo per migliorare gli strumenti diagnostici e i trattamenti. Tuttavia, sebbene siano state studiate le dimensioni, la forma e il peso del cervello, i ricercatori hanno solo una comprensione parziale della sua struttura a livello cellulare.

Il nuovo studio, condotto da ricercatori della NYU Langone Health, ha utilizzato una tecnica di intelligenza artificiale chiamata machine learning per analizzare migliaia di scansioni MRI del cervello di 471 uomini e 560 donne. I risultati hanno mostrato che i programmi per computer potevano distinguere con precisione tra il cervello maschile e quello femminile, rivelando modelli strutturali e complessi invisibili all'occhio umano.

I risultati sono stati confermati da tre diversi modelli di intelligenza artificiale progettati per determinare il sesso biologico, utilizzando i loro punti di forza relativi concentrandosi su piccole aree della materia bianca o analizzando le connessioni tra grandi regioni del cervello.

"I nostri risultati forniscono una comprensione più chiara della struttura del cervello umano vivente, che potrebbe offrire nuove informazioni su quanti disturbi psichiatrici e neurologici si sviluppano e perché possono presentarsi in modo diverso negli uomini e nelle donne", ha affermato l'autore principale dello studio. E la neuroradiologa Yvonne Luey, MD.

Luy, professore e vicepresidente della ricerca presso il dipartimento di radiologia della Grossman School of Medicine della New York University, osserva che studi precedenti sulla microstruttura del cervello si sono basati principalmente su modelli animali e campioni di tessuti umani. Inoltre, la validità di alcune di queste scoperte passate è stata messa in discussione dall’uso di analisi statistiche di regioni di interesse “disegnate a mano”, che hanno richiesto ai ricercatori di prendere molte decisioni soggettive circa la forma, la dimensione e la posizione delle aree selezionate. Regioni. Tali elezioni potrebbero potenzialmente distorcere i risultati, dice Lui.

Il nuovo studio ha evitato questo problema utilizzando l'apprendimento automatico per analizzare interi gruppi di immagini senza puntare il computer in una posizione specifica, contribuendo a eliminare i pregiudizi umani, notano gli autori.

Per lo studio, il team ha iniziato fornendo ai programmi di intelligenza artificiale i dati esistenti provenienti da campioni di scansioni cerebrali MRI di uomini e donne sani, specificando anche il sesso biologico di ciascuna scansione. Poiché questi modelli sono stati progettati per utilizzare sofisticate tecniche statistiche e matematiche per diventare “più intelligenti” nel tempo man mano che i dati si accumulavano, alla fine hanno “imparato” a distinguere da soli il sesso biologico. È importante notare che ai programmi era vietato utilizzare la dimensione e la forma complessiva del cervello per le loro determinazioni, afferma Lui.

Secondo i risultati, tutti i modelli hanno identificato correttamente il sesso dalle scansioni nel 92% - 98% dei casi. Diverse caratteristiche hanno in particolare aiutato le macchine a raggiungere le loro conclusioni, inclusa la facilità con cui e in quale direzione l'acqua potrebbe muoversi attraverso il tessuto cerebrale.

"Questi risultati evidenziano l'importanza della diversità quando si studiano le malattie che hanno origine nel cervello umano", ha affermato il coautore dello studio Junbo Chen, MS, studente di dottorato presso la Tandon School of Engineering della New York University.

"Se, come è avvenuto storicamente, gli uomini vengono utilizzati come modello standard per vari disturbi, i ricercatori potrebbero perdere informazioni cruciali", ha aggiunto la coautrice dello studio Vara Lakshmi Bayanagari, MS, ricercatrice laureata presso la NYU Tandon Scuola di Ingegneria.

Bayanagari avverte che, sebbene gli strumenti di intelligenza artificiale potessero segnalare differenze nell'organizzazione delle cellule cerebrali, non potevano rivelare quale sesso fosse più incline a quali caratteristiche. Aggiunge che lo studio ha classificato il genere in base alle informazioni genetiche e ha incluso solo scansioni MRI di uomini e donne cisgender.

Il team prevede di studiare ulteriormente lo sviluppo delle differenze sessuali nella struttura del cervello nel corso del tempo per comprendere meglio il ruolo dei fattori ambientali, ormonali e sociali in questi cambiamenti, hanno affermato gli autori.

Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Scientific Reports.