ИИ разкри фундаментални разлики в мозъците на мъжете и жените

Нов модел за дълбоко обучение, наречен Explainable AI, е открил фундаментални организационни разлики между женските и мъжките мозъци с над 90% достоверност. Характерната особеност на този инструмент е способността му да „обяснява“ фините разлики, които възприема, а не просто да ги открива. Тези открития могат да доведат до по-добри стратегии за лечение на нервно-психичните разстройства и заболявания, които засягат по различен начин мъжете и жените.

Хипотезата, че полът играе съществена роля в развитието и функционирането на мозъка, дълго време остана противоречива. Въпреки това полът определя например хормоналните флуктуации, на които мозъкът е подложен през целия живот, особено по време на ранното развитие, пубертета и стареенето.

Предишни изследвания, базирани на неврални визуализации, също разкриха разлики в цитоархитектурата на мозъка на мъжете и жените. Съобщава се, че мозъкът на мъжете е с около 10% по-голям от този на жените. От друга страна, някои области, включително фронталната и медиалната паралимбична област, са по-големи при жените. Тези структури участват в обработката на емоциите, поставянето на цели, мотивацията и самоконтрола.

Установени са и разлики във функционалната свързаност. Тези констатации са в съответствие с неотдавнашно проучване, което показа половите различия в интероцепцията. Тоест способността за възприемане на телесните усещания и вътрешното състояние на тялото. Тази способност, която е свързана със самосъзнанието, е по-висока при жените.

Освен това някои неврологични и психиатрични разстройства и заболявания засягат мъжете и жените по различен начин. Така например на жените в постменопауза се падат 60% от случаите на болестта на Алцхаймер (най-разпространената форма на деменция). А според най-новите изследвания характеристиките на мозъка, свързани с двигателната система и езика, се различават при мъжете и жените страдащи от аутизъм.

Въпреки това предишни проучвания, фокусирани върху начина, по който са свързани мозъчните области, не са показали последователни, специфични за пола мозъчни характеристики. За да установи тези разлики, екипът от Медицинския университет в Станфорд разработи нов модел на изкуствен интелект, който позволява по-подробни анализи.

„Една от основните мотивации за това изследване е, че полът играе решаваща роля в развитието на човешкия мозък, стареенето и проявата на психиатрични и неврологични разстройства“,

обяснява Винод Менон, водещ автор на изследването, в прессъобщение на Станфордския университет.

„Идентифицирането на последователни и възпроизводими полови различия в мозъка на здрави възрастни хора е критична стъпка към по-доброто разбиране на половата уязвимост при психиатричните и неврологичните разстройства“,

добавя той.

Моделът, който обяснява прогнозите

Моделът, разработен от Менон и неговия екип, се състои от мрежа от неврони, които образуват така наречения Explanable AI. Предишните модели, използвани за откриване на мозъчните различия между половете, просто сортираха данните в две групи. Но не обясняваха как става това сортиране. За разлика от тях моделът, използван в новото изследване, претърсва и категоризира огромен набор от данни, като същевременно посочва как взема решения, за да предвиди резултата.

В новото изследване, описано подробно в платформата PNAS, учените са използвали своя модел на изкуствен интелект, за да класифицират около 1500 динамични изображения на мозъка с ядрено-магнитен резонанс на мъже и жени. Техниката улавя сложните взаимодействия между различните области на мозъка. Данните са получени от различни изследователски и медицински центрове, намиращи се в Европа и САЩ.

Първо, моделът определя принадлежността на данните към всеки пол с 90% достоверност. Второ, той идентифицира най-важните мозъчни мрежи, което му дава възможност да категоризира данните. Оказа се, че изкуственият интелект най-често се обръща към режима по подразбиране. Този режим се активира, когато даваме свобода на мислите си и не обръщаме внимание на външния свят. ИИ взема под внимание стриатума и лимбичната мрежа, за да „реши“ към коя категория да категоризира данните. Първата от тях участва в обработката на самореференциална информация, докато втората и третата играят роля в обучението и обработката на възнагражденията.

Тези резултати предполагат, че в мозъка съществуват значителни различия между половете, които просто не са били надеждно идентифицирани в предишните изследвания.

„Това е много силно доказателство, че полът е важен фактор при определянето на това каква е структурата на човешкия мозък“,

казва още Менон.

Поведенческите последици

Във втората фаза на проучването екипът е разработил други модели, изведени от първия. Идеята е да се предвиди представянето на участниците в определени когнитивни задачи в зависимост от функционалните различия, свързани с пола. Резултатите показаха, че характеристиките, които се различават според пола, имат значителни поведенчески последици.

Важно е обаче да се отбележи, че проучването не е могло да определи дали тези различия се проявяват в началото на живота, дали те могат да се дължат на хормонални различия или на разлики в социалния контекст, в който се развиват мъжете и жените.

„Въпреки всичко това ми подсказва, че пренебрегването на половите различия в организацията на мозъка може да ни накара да пропуснем ключови фактори, лежащи в основата на невропсихиатричните разстройства“,

предполага Менон.

Новият модел на изкуствения интелект би могъл да се прилага и за изучаване на други аспекти на мозъчните функции. За тази цел екипът планира да направи своя инструмент свободно достъпен, така че и другите изследователи да могат да го използват.