Новая модель глубокого обучения под названием «Explainable AI» обнаружила фундаментальные организационные различия между женским и мужским мозгом с достоверностью более 90 %. Отличительной особенностью этого инструмента является его способность «объяснять» тонкие различия, которые он воспринимает, а не просто обнаруживать их. Эти результаты могут привести к улучшению стратегий лечения нервно-психических расстройств и заболеваний, которые по-разному влияют на мужчин и женщин.
Гипотеза о том, что пол играет существенную роль в развитии и функционировании мозга, долгое время оставалась спорной. Однако пол определяет, например, гормональные потоки, которым подвергается мозг на протяжении всей жизни, особенно на ранних этапах развития, в период полового созревания и во время старения.
Предыдущие исследования, основанные на нейровизуализации, также выявили различия в цитоархитектуре мозга мужчин и женщин. Сообщалось, что мозг мужчин примерно на 10 % больше, чем мозг женщин. С другой стороны, некоторые области, в том числе лобная и медиальная паралимбическая, у женщин крупнее. Эти структуры участвуют в обработке эмоций, постановке целей, мотивации и самоконтроле.
Также были обнаружены различия в функциональной связности. Эти данные согласуются с результатами недавнего исследования, которое показало наличие половых различий в интероцепции (способности воспринимать телесные ощущения и внутреннее состояние организма). Эта способность, связанная с самосознанием, выше у женщин.
Кроме того, некоторые неврологические и психиатрические расстройства и заболевания по-разному влияют на мужчин и женщин. Например, на женщин в постменопаузе приходится 60 % случаев болезни Альцгеймера (наиболее распространенной формы деменции). А согласно последним исследованиям, характеристики мозга, связанные с двигательной системой и языком, различаются у мужчин и женщин, страдающих аутизмом.
Однако предыдущие исследования, сосредоточенные на том, как взаимосвязаны области мозга, не продемонстрировали последовательных, гендерных показателей мозга. Для того чтобы установить эти различия, команда из Стэнфордского медицинского университета разработала новую модель искусственного интеллекта, позволяющую провести более детальный анализ.
«Одна из главных мотиваций этого исследования заключается в том, что пол играет решающую роль в развитии человеческого мозга, старении и проявлении психических и неврологических расстройств«, — объясняет Винод Менон, ведущий автор исследования, в пресс-релизе Стэнфордского университета. «Выявление последовательных и воспроизводимых половых различий в здоровом мозге взрослого человека — важнейший шаг к более глубокому пониманию половой уязвимости при психических и неврологических расстройствах«, — добавляет он.
Модель, объясняющая предсказания
Модель, разработанная Меноном и его командой, состоит из сети нейронов, образующих то, что они назвали «Explainable AI». Предыдущие модели, использовавшиеся для обнаружения различий в мозге между полами, просто сортировали данные на две группы, но не объясняли, каким образом происходит эта сортировка. В отличие от них, модель, используемая в новом исследовании, прочесывает и классифицирует огромный набор данных, одновременно указывая, как она принимала решения, чтобы предсказать результат.
В новом исследовании, подробно описанном на платформе PNAS, ученые использовали свою модель ИИ для классификации около 1500 динамических МРТ-изображений мозга мужчин и женщин. Эта техника позволяет зафиксировать сложное взаимодействие между различными областями мозга. Данные были получены из различных исследовательских и медицинских центров, расположенных в Европе и США.
Во-первых, модель определила принадлежность данных к каждому полу с достоверностью 90 %. Во-вторых, она определила наиболее важные сети мозга, что позволило ей классифицировать данные. Выяснилось, что чаще всего ИИ обращался к сети режима по умолчанию (активируется, когда мы даем волю своим мыслям и не обращаем внимания на внешний мир), стриатуму и лимбической сети, чтобы «решить», к какой категории отнести данные. Первая участвует в обработке самореферентной информации, а вторая и третья играют роль в обучении и обработке вознаграждений.
Эти результаты говорят о том, что в мозге существуют значительные гендерные различия, которые просто не были достоверно выявлены в предыдущих исследованиях. «Это очень сильное доказательство того, что пол является важным фактором, определяющим то, как устроен человеческий мозг«, — говорит Менон.
Поведенческие последствия
На втором этапе исследования команда разработала другие модели, полученные на основе первой, чтобы предсказать эффективность участников в определенных когнитивных задачах в зависимости от функциональных различий, связанных с полом. Результаты показали, что характеристики, различающиеся в зависимости от пола, имеют значительные поведенческие последствия.
Однако важно отметить, что в ходе исследования не удалось определить, проявляются ли эти различия на ранних этапах жизни, или же они могут быть вызваны гормональными различиями или вариациями в социальных условиях, в которых развиваются мужчины и женщины.
Тем не менее, «это говорит мне о том, что игнорирование половых различий в организации мозга может привести к тому, что мы упустим ключевые факторы, лежащие в основе нервно-психических расстройств«, — предполагает Менон. Модель искусственного интеллекта можно применить и для изучения других аспектов работы мозга. Для этого команда планирует предоставить свободный доступ к своему инструменту, чтобы другие исследователи могли им воспользоваться.