L’université de Stanford à Palo Alto, en Californie. (Image : wikimedia / MARELBU / CC BY 3.0)
Grâce à un nouveau modèle d’intelligence artificielle (IA), des chercheurs de l’université de Stanford ont enfin prouvé que le cerveau des hommes et des femmes fonctionne de façon différente.
Selon des résultats évalués et publiés le 19 février dans la revue scientifique Proceedings of the National Academy of Sciences, le modèle a réussi à déterminer si les scans de l’activité cérébrale provenaient d’un homme ou d’une femme, dans 90 % des cas.
« Les résultats… aident à résoudre une controverse de longue date sur l’existence de différences sexuelles fiables dans le cerveau humain », peut-on lire dans une déclaration concernant les résultats.
L’auteur principal de l’étude, Vinod Menon, a déclaré dans le communiqué : « il s’agit d’une preuve très solide que le sexe est un déterminant robuste de l’organisation du cerveau humain… négliger la différence entre les sexes dans l’organisation du cerveau » peut entraver le traitement et le diagnostic appropriés des affections neuropsychiatriques.
« L’une des principales motivations de cette étude est que le sexe joue un rôle crucial dans le développement du cerveau humain, dans le vieillissement et dans la manifestation de troubles psychiatriques et neurologiques », a déclaré Vinod Menon, professeur de psychiatrie et de sciences du comportement et directeur du Stanford Cognitive and Systems Neuroscience Laboratory (laboratoire de neurosciences cognitives et systémiques). « L’identification de différences cohérentes et reproductibles entre les sexes dans le cerveau adulte sain est une étape essentielle vers une meilleure compréhension des vulnérabilités spécifiques au sexe dans les troubles psychiatriques et neurologiques ».
Le modèle d’IA a examiné les « points chauds » du cerveau qui l’ont aidé à différencier un cerveau masculin d’un cerveau féminin. Ces points chauds comprennent le « réseau du mode par défaut », un système cérébral qui nous aide à traiter les informations autoréférentielles, ainsi que le « striatum et le réseau limbique », qui sont « impliqués dans l’apprentissage et la façon dont nous réagissons aux récompenses ».
Les chercheurs précisent que leurs résultats ne permettent pas de déterminer si les différences liées au sexe apparaissent tôt dans la vie ou si elles sont dues à des différences hormonales. Les résultats ne permettent pas non plus de savoir si les circonstances sociétales influencent ou non le comportement cérébral entre les sexes.
Le cerveau : mystère résolu
« Les chercheurs ont longtemps lutté pour relier le sexe à des différences concrètes dans le cerveau humain », ont déclaré les chercheurs, ajoutant que « les structures cérébrales ont tendance à être sensiblement les mêmes chez les hommes et les femmes, et les recherches antérieures examinant la façon dont les régions du cerveau fonctionnent ensemble ont également largement échoué à mettre en évidence des indicateurs cérébraux cohérents du sexe ».
Cette récente étude a toutefois changé la donne.
« Le succès du modèle suggère que des différences détectables entre les sexes existent dans le cerveau, mais qu’elles n’ont tout simplement pas été détectées de manière fiable auparavant. Le fait que cela ait si bien fonctionné dans différents ensembles de données, y compris des scanners cérébraux provenant de plusieurs sites aux États-Unis et en Europe, rend les résultats particulièrement convaincants, car ils contrôlent de nombreuses confusions qui peuvent nuire aux études de ce type », écrivent les chercheurs.
On sait depuis un certain temps qu’il existe des différences cognitives entre les hommes et les femmes
Diane Halpern, PhD, ancienne présidente de l’American Psychological Association, a écrit pour Stanford Medicine Magazine en mai 2017 : « La compréhension de la lecture et la capacité d’écriture des femmes dépassent systématiquement celles des hommes, en moyenne. Elles surpassent les hommes dans les tests de coordination motrice fine et de vitesse de perception. Elles sont plus habiles à récupérer des informations dans la mémoire à long terme. »
« En moyenne, les hommes peuvent jongler plus facilement avec les éléments de leur mémoire de travail. Ils ont des compétences visuo-spatiales supérieures : ils sont plus aptes à visualiser ce qui se passe lorsqu’une forme complexe en deux ou trois dimensions tourne dans l’espace, à déterminer correctement les angles par rapport à l’horizontale, à suivre des objets en mouvement et à viser des projectiles », entre autres.
Cependant, jusqu’aux découvertes les plus récentes, les chercheurs faisaient allusion à des différences concrètes dans l’organisation du cerveau.
Une IA explicable
Vinod Menon explique que ses recherches ont utilisé un outil d’IA appelé « IA explicable », qui peut passer au crible de vastes quantités de données pour expliquer comment un modèle d’IA prend une décision.
Sans cet outil, le modèle d’IA pourrait passer au crible et trier les cerveaux en différents groupes, mais ne fournirait aucune information sur la raison pour laquelle le tri a eu lieu.
À l’aide de cet outil, Vinod Menon et son équipe ont « identifié les réseaux cérébraux les plus importants pour déterminer si un scanner cérébral provenait d’un homme ou d’une femme ».
Son équipe a créé des modèles de capacités cognitives spécifiques au sexe et a réussi à prédire les performances cognitives chez les hommes mais pas chez les femmes et vice versa, ce qui indique que les caractéristiques du cerveau varient entre les sexes.
Vinod Menon affirme que le modèle peut être utilisé pour répondre à d’autres questions sur le cerveau et que lui et son équipe prévoient de rendre le modèle d’IA public pour que d’autres chercheurs puissent l’utiliser.
« Nos modèles d’IA sont très largement applicables », a déclaré Vinod Menon. « Un chercheur pourrait utiliser nos modèles pour rechercher des différences cérébrales liées à des troubles de l’apprentissage ou à des différences de fonctionnement social, par exemple, des aspects que nous souhaitons mieux comprendre pour aider les individus à s’adapter et à surmonter ces défis. »
