Alat kecerdasan buatan mengungkap perbedaan jenis kelamin dalam struktur otak

Program komputer kecerdasan buatan (AI) yang memproses pemindaian MRI mengungkapkan perbedaan dalam organisasi otak pria dan wanita pada tingkat sel, sebuah studi baru menunjukkan. Perbedaan ini ditemukan pada materi putih, yaitu jaringan yang terletak terutama di lapisan dalam otak manusia yang memfasilitasi komunikasi antar wilayah.

Pria dan wanita diketahui menderita penyakit multiple sclerosis, gangguan spektrum autisme, migrain, dan masalah otak lainnya secara berbeda, dan menunjukkan gejala yang berbeda. Pemahaman mendetail tentang bagaimana seks biologis memengaruhi otak dipandang sebagai cara untuk meningkatkan alat diagnostik dan pengobatan. Namun, meskipun ukuran, bentuk, dan berat otak telah dipelajari, para peneliti hanya memiliki sebagian pemahaman tentang strukturnya pada tingkat sel.

Studi baru yang dipimpin oleh para peneliti di NYU Langone Health ini menggunakan teknik AI yang disebut pembelajaran mesin untuk menganalisis ribuan pemindaian MRI pada otak 471 pria dan 560 wanita. Hasilnya menunjukkan bahwa program komputer dapat membedakan otak pria dan wanita secara akurat, sehingga mengungkap pola struktural dan kompleks yang tidak terlihat oleh mata manusia.

Hasilnya dikonfirmasi oleh tiga model AI berbeda yang dirancang untuk menentukan jenis kelamin biologis, menggunakan kekuatan relatifnya dalam berfokus pada area kecil materi putih atau menganalisis koneksi di seluruh wilayah otak yang besar.

"Temuan kami memberikan pemahaman yang lebih jelas tentang struktur otak manusia yang hidup, yang mungkin menawarkan wawasan baru tentang berapa banyak gangguan kejiwaan dan neurologis yang berkembang dan mengapa gangguan tersebut muncul secara berbeda pada pria dan wanita," kata penulis utama studi tersebut. Dan ahli neuroradiologi Yvonne Luey, MD.

Luy, profesor dan wakil ketua penelitian di departemen radiologi di NYU Grossman School of Medicine, mencatat bahwa penelitian sebelumnya tentang struktur mikro otak terutama mengandalkan model hewan dan sampel jaringan manusia. Selain itu, validitas beberapa temuan masa lalu ini dipertanyakan dengan menggunakan analisis statistik wilayah yang “digambar tangan”, yang mengharuskan peneliti untuk membuat banyak keputusan subjektif mengenai bentuk, ukuran, dan lokasi wilayah yang dipilih. Wilayah. Pemilu seperti itu berpotensi mendistorsi hasil pemilu, kata Lui.

Studi baru ini menghindari masalah ini dengan menggunakan pembelajaran mesin untuk menganalisis seluruh kelompok gambar tanpa mengarahkan komputer ke lokasi tertentu, sehingga membantu menghilangkan bias manusia, catat para penulis.

Untuk penelitian ini, tim memulai dengan menyediakan program AI dengan data yang ada dari sampel pemindaian otak MRI pria dan wanita sehat, juga menentukan jenis kelamin biologis dari setiap pemindaian. Karena model ini dirancang untuk menggunakan teknik statistik dan matematika yang canggih agar menjadi "lebih pintar" seiring berjalannya waktu seiring dengan bertambahnya data, mereka akhirnya "belajar" sendiri untuk membedakan jenis kelamin biologis. Penting untuk dicatat bahwa program tersebut dilarang menggunakan ukuran dan bentuk otak secara keseluruhan untuk menentukannya, kata Lui.

Berdasarkan hasil, semua model mengidentifikasi gender dengan benar dari pemindaian pada 92% - 98% kasus. Beberapa fitur secara khusus membantu mesin mencapai kesimpulannya, termasuk seberapa mudah dan ke arah mana air dapat bergerak melalui jaringan otak.

“Hasil ini menyoroti pentingnya keberagaman ketika mempelajari penyakit yang berasal dari otak manusia,” kata rekan penulis studi Junbo Chen, MS, seorang mahasiswa doktoral di NYU Tandon School of Engineering.

“Jika, seperti yang terjadi secara historis, laki-laki digunakan sebagai model standar untuk berbagai kelainan, para peneliti mungkin kehilangan wawasan penting,” tambah rekan penulis studi Vara Lakshmi Bayanagari, MS, seorang mahasiswa penelitian pascasarjana di NYU Tandon Fakultas Teknik.

Bayanagari memperingatkan bahwa meskipun alat AI dapat melaporkan perbedaan dalam organisasi sel otak, alat tersebut tidak dapat mengungkapkan jenis kelamin mana yang lebih rentan terhadap fitur tertentu. Dia menambahkan bahwa penelitian tersebut mengklasifikasikan gender berdasarkan informasi genetik dan hanya mencakup pemindaian MRI pada pria dan wanita cisgender.

Tim berencana untuk mempelajari lebih lanjut perkembangan perbedaan jenis kelamin dalam struktur otak dari waktu ke waktu untuk lebih memahami peran faktor lingkungan, hormonal, dan sosial dalam perubahan ini, kata para penulis.

Karya ini dipublikasikan di majalah Laporan Ilmiah.