STUDIU. De ce bolile psihiatrice se manifestă diferit la femei și la bărbați? Un algoritm AI identifică diferențele cerebrale
Cercetătorii de la Stanford Medicine au dezvoltat în cadrul unui studiu publicat în PNAS un algoritm pe bază de inteligență artificială care a putut diferenția scanările RMN cerebrale ale bărbaților de cele care aparțineau femeilor. Prin înțelegerea mai profundă a diferențelor substanței cerebrale în funcție de sex se poate ajunge la o cunoaștere complexă a comportamentului uman, dar și a patologiei psihiatrice.
Ei au descoperit că punctele cheie care au ajutat cel mai mult modelul să distingă între activitatea cerebrală a unei persoane de sex masculin și cea al unei persoane de sex feminin includ rețeaua implicită, un sistem cerebral care ajută la procesarea informațiilor autoreferențiale, împreună cu rețelele striate și limbice, implicate în procesele de învățare și de răspuns la recompense.
Sexul are un rol crucial în organizarea funcțiilor cerebrale, cu un impact semnificativ asupra apariției biomarkerilor specifici genului, mai ales în afectări neurologice sau psihiatrice, cum ar fi autismul, deficitul de atenție, depresia, adicțiile, schizofrenia și boala Parkinson.
”O motivație importantă a acestui studiu este că sexul este un factor biologic ce joacă un rol crucial în dezvoltarea creierului uman, în îmbătrânire și în manifestarea tulburărilor psihiatrice și neurologice”, a declarat Vinod Menon, PhD, profesor de psihiatrie și științe comportamentale, director al Stanford Cognitive and Systems Neuroscience Laboratory, într-un articol publicat în Inside Precision Medicine.”Identificarea diferențelor constante și care pot si replicate dintre sexe de la nivelul creierului unui adult sănătos este un pas critic în înțelegerea mai profundă a vulnerabilităților specifice sexului în bolile psihiatrice și neurologice.”
De-a lungul timpului studiile au încercat să descopere modul în care hormonii specifici fiecărui sex pot duce la diferențe în creierul uman. Structurile anatomice ale creierului uman sunt asemanătoare la cele două sexe, însă modalitățile în care structurile cerebrale răspund sunt diferite.
Cercetătorii au avut acces la o bază de date mare, folosind algoritmi bazați pe inteligența artificială pentru a analiza diferențe în modul de funcționare a creierului între sexe. Aceștia au identificat deosebiri care pot fi generalizate și replicate, fiind relevante din punct de vedere comportamental în organizarea funcțională a substanței cerebrale localizate în rețeaua implicită, la nivel striat și sistemul limbic. În neuroștiințe, rețeaua neuronală implicită este din punct de vedere anatomic rețeaua fronto-parietală medială, făcând legătura între cortexul prefrontal medial dorsal, cortexul cingular posterior, precuneusul și girusul cingular. Aceasta este activă atunci când persoana este relaxată, in repaus și nu este concentrată pe lumea exterioară.
Pentru a putea analiza modul de funcționare la nivel cerebral folosind inteligența artificială echipa de cercetători a creat un model profund al rețelei neuronale spațio-temporale, antrenând algoritmul să clasifice datele obținute din scanările IRM de tip funcțional la persoanele aflate în repaus din Human Connectome Project. Pe măsură ce scanările au fost arătate modelului, cu diferențierea lor pe sexe, acesta a început să urmărească tiparele subtile care ar putea ajuta la deosebirea între substanța cerebrală aparținând unei persoane de feminin, respectiv masculin.
Rețelele neurale profunde reprezintă o clasă de algoritmi care au ca scop reproducerea procesării informației de către creier. Pentru a determina gradul de replicare al acestui algoritm predictiv, echipa de cercetători l-a aplicat și la alte 1500 de scanări cerebrale, cu rezultate promițătoare. Algoritmul a fost capabil să facă diferențierea între sexe în aproape toate cazurile, fiind superior altor modele folosite în cadrul unor studii anterioare, deoarece a folosit o rețea neuronală profundă care analizează scanările, cu luarea în calcul a rețelelor neuronale create între diferite regiuni ale creierului.
În plus, au dezvoltat un alt algoritm care poate prezice gradul de performanță cognitivă a participanților în funcție de caracteristicile funcționale cerebrale dependente de sex. Un model a prezis cu acuratețe performanța cognitivă la bărbați, dar nu și la femei, iar celălalt la persoanele de sex feminin și nu la cele de sex masculin. Descoperirile indică existența unei variații a caracteristicilor funcționale ale creierului între sexe, cu impactarea semnificativă a comportamentelor, dar și a profilurilor cognitive unice în funcție de sex.
Acest studiu subliniază rolul semnificativ pe care sexul îl are în determinarea organizării funcționale la nivel cerebral, având un impact semnificativ asupra dezvoltării unor biomarkeri specifici genului în bolile psihiatrice și neurologice, aducând și algoritmi bazați pe inteligența artificială care ar putea fi incluși pentru studii viitoare.
Citește și:
- STUDIU. Boala Parkinson, identificată de smartwatch-uri cu până la 7 ani înainte de diagnostic
- #EAN2019. De ce sunt necesare noi strategii de prevenție și abordare a bolilor neurologice
- FDA lansează primul plan de acțiune care vizează dispozitivele medicale ce au la bază software-uri de inteligență artificială sau machine learning