Alat kecerdasan buatan mengungkap perbedaan jenis kelamin dalam struktur otak

Program komputer kecerdasan buatan (AI) yang memproses pemindaian MRI mengungkap perbedaan dalam organisasi otak pria dan wanita di tingkat sel, menurut sebuah studi baru. Perbedaan ini ditemukan dalam materi putih, jaringan yang sebagian besar ditemukan di lapisan dalam otak manusia yang memfasilitasi komunikasi antarwilayah.

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

Sebuah studi baru yang dipimpin oleh para peneliti di NYU Langone Health menggunakan teknik AI yang disebut pembelajaran mesin untuk menganalisis ribuan pemindaian otak MRI dari 471 pria dan 560 wanita. Hasilnya menunjukkan bahwa program komputer dapat secara akurat membedakan antara otak pria dan wanita, mengidentifikasi 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 relatif mereka dalam berfokus pada bercak kecil materi putih atau menganalisis koneksi di seluruh area otak yang luas.

"Temuan kami memberikan gambaran yang lebih jelas tentang struktur otak manusia yang hidup, yang dapat memberikan wawasan baru tentang seberapa banyak gangguan kejiwaan dan neurologis berkembang dan mengapa gangguan tersebut dapat bermanifestasi secara berbeda pada pria dan wanita," kata penulis utama studi dan ahli neuroradiologi Yvonne Lui, MD.

Lui, seorang profesor dan wakil ketua penelitian di departemen radiologi di NYU Grossman School of Medicine, mencatat bahwa penelitian sebelumnya tentang mikrostruktur otak sangat bergantung pada model hewan dan sampel jaringan manusia. Selain itu, validitas beberapa temuan masa lalu ini telah dipertanyakan oleh penggunaan analisis statistik dari daerah yang menarik yang "digambar dengan tangan", yang mengharuskan peneliti untuk membuat banyak keputusan subjektif tentang bentuk, ukuran, dan lokasi daerah yang mereka pilih. Pilihan seperti itu berpotensi mendistorsi hasil, kata Lui.

Temuan studi baru ini menghindari masalah ini dengan menggunakan pembelajaran mesin untuk menganalisis seluruh kelompok gambar tanpa memberi tahu komputer untuk melihat lokasi tertentu, yang membantu menghilangkan bias manusia, catat para penulis.

Untuk penelitian ini, tim memulai dengan memasukkan data yang ada ke dalam program AI berupa contoh pemindaian otak MRI pria dan wanita sehat, beserta jenis kelamin biologis setiap pemindaian. Karena model ini dirancang untuk menggunakan metode statistik dan matematika yang canggih agar menjadi "lebih cerdas" seiring waktu saat mengumpulkan data, akhirnya model ini "belajar" untuk membedakan jenis kelamin biologis sendiri. Yang terpenting, program ini dibatasi untuk menggunakan ukuran dan bentuk otak secara keseluruhan untuk penentuannya, kata Lui.

Menurut hasil, semua model mengidentifikasi jenis kelamin hasil pemindaian dengan benar sebanyak 92% hingga 98% dari waktu. Beberapa fitur khususnya membantu mesin membuat kesimpulan, termasuk seberapa mudah dan ke arah mana air dapat bergerak melalui jaringan otak.

"Temuan ini menyoroti pentingnya keberagaman saat 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 gangguan, peneliti mungkin kehilangan wawasan penting," tambah rekan penulis studi Vara Lakshmi Bayanagari, MS, seorang mahasiswa riset pascasarjana di NYU Tandon School of Engineering.

Bayanagari memperingatkan bahwa meskipun perangkat AI dapat melaporkan perbedaan dalam organisasi sel otak, perangkat tersebut tidak dapat mengidentifikasi jenis kelamin mana yang lebih rentan terhadap ciri-ciri tertentu. Ia menambahkan bahwa penelitian tersebut mengklasifikasikan jenis kelamin 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 penulis.

Karya tersebut dipublikasikan dalam jurnal Scientific Reports.