Os pesquisadores da Stanford Medicine desenvolveram um modelo de IA que identificou com sucesso o sexo dos exames cerebrais com mais de 90% de precisão, fornecendo evidências de diferenças sexuais na organização do cérebro que poderiam impactar a compreensão dos distúrbios neuropsiquiátricos. O estudo, destacando a importância do sexo no desenvolvimento e nos distúrbios cerebrais, utilizou IA avançada para revelar redes cerebrais que diferem entre os sexos, sugerindo que essas diferenças podem influenciar as habilidades cognitivas e o comportamento.
Os padrões cerebrais variam entre mulheres e homens.
Um estudo recente conduzido por pesquisadores da Stanford Medicine revelou um modelo de inteligência artificial capaz de identificar mais de 90% precisão se as varreduras de atividade cerebral são originárias de uma mulher ou de um homem.
As descobertas, publicadas recentemente na revista Anais da Academia Nacional de Ciênciasajudam a resolver uma controvérsia de longo prazo sobre se existem diferenças sexuais confiáveis no cérebro humano e sugerem que a compreensão dessas diferenças pode ser crítica para abordar as condições neuropsiquiátricas que afetam mulheres e homens de forma diferente.
“Uma motivação chave para este estudo é que o sexo desempenha um papel crucial no desenvolvimento do cérebro humano, no envelhecimento e na manifestação de distúrbios psiquiátricos e neurológicos”, disse Vinod Menon, Ph.D., professor de psiquiatria e ciências comportamentais e diretor do Laboratório de Neurociência Cognitiva e de Sistemas de Stanford. “Identificar diferenças sexuais consistentes e replicáveis no cérebro adulto saudável é um passo crítico para uma compreensão mais profunda das vulnerabilidades específicas do sexo em distúrbios psiquiátricos e neurológicos.”
Menon é o autor sênior do estudo. Os autores principais são o cientista pesquisador sênior Srikanth Ryali, PhD, e o pesquisador da equipe acadêmica Yuan Zhang, PhD.
Os “pontos críticos” que mais ajudaram o modelo a distinguir os cérebros masculinos dos femininos incluem a rede de modo padrão, um sistema cerebral que nos ajuda a processar informações autorreferenciais, e o corpo estriado e a rede límbica, que estão envolvidos na aprendizagem e em como respondemos às recompensas. .
Os investigadores observaram que este trabalho não avalia se as diferenças relacionadas com o sexo surgem cedo na vida ou podem ser motivadas por diferenças hormonais ou pelas diferentes circunstâncias sociais que homens e mulheres podem ter maior probabilidade de enfrentar.
Descobrindo diferenças cerebrais
A extensão em que o sexo de uma pessoa afeta a forma como o seu cérebro é organizado e funciona tem sido um ponto de disputa entre os cientistas. Embora saibamos que os cromossomas sexuais com os quais nascemos ajudam a determinar o cocktail de hormonas a que os nossos cérebros estão expostos – particularmente durante o desenvolvimento inicial, a puberdade e o envelhecimento – os investigadores há muito que lutam para ligar o sexo a diferenças concretas no cérebro humano. As estruturas cerebrais tendem a ser praticamente iguais em homens e mulheres, e pesquisas anteriores que examinaram como as regiões cerebrais funcionam juntas também não conseguiram revelar indicadores cerebrais consistentes de sexo.
No seu estudo atual, Menon e a sua equipa aproveitaram os avanços recentes na inteligência artificial, bem como o acesso a vários grandes conjuntos de dados, para prosseguir uma análise mais poderosa do que a anteriormente utilizada. Primeiro, eles criaram um modelo de rede neural profunda, que aprende a classificar dados de imagens cerebrais: à medida que os pesquisadores mostravam imagens cerebrais ao modelo e lhe diziam que estava olhando para um cérebro masculino ou feminino, o modelo começou a “perceber” o que era sutil. padrões podem ajudá-lo a perceber a diferença.
Este modelo demonstrou desempenho superior em comparação com estudos anteriores, em parte porque utilizou uma rede neural profunda que analisa varreduras dinâmicas de ressonância magnética. Esta abordagem captura a intrincada interação entre diferentes regiões do cérebro. Quando os pesquisadores testaram o modelo em cerca de 1.500 exames cerebrais, quase sempre foi possível dizer se o exame veio de uma mulher ou de um homem.
O sucesso do modelo sugere que existem diferenças detectáveis entre os sexos no cérebro, mas que ainda não foram detectadas de forma confiável. O facto de ter funcionado tão bem em diferentes conjuntos de dados, incluindo exames cerebrais de vários locais nos EUA e na Europa, torna as descobertas especialmente convincentes, uma vez que controla muitos fatores de confusão que podem afetar estudos deste tipo.
“Esta é uma evidência muito forte de que o sexo é um determinante robusto da organização do cérebro humano”, disse Menon.
Fazendo previsões
Até recentemente, um modelo como o empregado pela equipe de Menon ajudaria os pesquisadores a classificar os cérebros em grupos diferentes, mas não forneceria informações sobre como a classificação acontecia. Hoje, no entanto, os pesquisadores têm acesso a uma ferramenta chamada “IA explicável”, que pode filtrar grandes quantidades de dados para explicar como as decisões de um modelo são tomadas.
Usando IA explicável, Menon e sua equipe identificaram as redes cerebrais que eram mais importantes para o modelo julgar se uma tomografia cerebral veio de um homem ou de uma mulher. Eles descobriram que o modelo geralmente olhava para a rede de modo padrão, o corpo estriado e a rede límbica para fazer a chamada.
A equipe então se perguntou se poderiam criar outro modelo que pudesse prever o desempenho dos participantes em determinadas tarefas cognitivas com base em características funcionais do cérebro que diferem entre mulheres e homens. Eles desenvolveram modelos de habilidades cognitivas específicos para cada sexo: um modelo previu efetivamente o desempenho cognitivo em homens, mas não em mulheres, e outro em mulheres, mas não em homens. As descobertas indicam que as características funcionais do cérebro que variam entre os sexos têm implicações comportamentais significativas.
“Esses modelos funcionaram muito bem porque separamos com sucesso os padrões cerebrais entre os sexos”, disse Menon. “Isso me diz que ignorar as diferenças sexuais na organização do cérebro pode nos levar a ignorar os principais fatores subjacentes aos distúrbios neuropsiquiátricos”.
Embora a equipa tenha aplicado o seu modelo de rede neural profunda a questões sobre diferenças sexuais, Menon diz que o modelo pode ser aplicado para responder a questões sobre como qualquer aspecto da conectividade cerebral pode estar relacionado com qualquer tipo de capacidade cognitiva ou comportamento. Ele e sua equipe planejam disponibilizar seu modelo publicamente para uso de qualquer pesquisador.
“Nossos modelos de IA têm aplicabilidade muito ampla”, disse Menon. “Um pesquisador poderia usar nossos modelos para procurar diferenças cerebrais ligadas a dificuldades de aprendizagem ou diferenças de funcionamento social, por exemplo – aspectos que estamos interessados em compreender melhor para ajudar os indivíduos a se adaptarem e superarem esses desafios.”
Referência: “Modelos de aprendizagem profunda revelam diferenças sexuais replicáveis, generalizáveis e comportamentalmente relevantes na organização funcional do cérebro humano” por Srikanth Ryali, Yuan Zhang, Carlo de los Angeles, Kaustubh Supekar e Vinod Menon, 20 de fevereiro de 2024, Anais da Academia Nacional de Ciências.
DOI: 10.1073/pnas.2310012121
A pesquisa foi patrocinada pela Instituto Nacional de Saúde (concessões MH084164, EB022907, MH121069, K25HD074652 e AG072114), a Iniciativa Transdisciplinar, os Programas Uytengsu-Hamilton 22q11, o Stanford Maternal and Child Health Research Institute e o NARSAD Young Investigator Award.
