רוב ההפרעות בבריאות הנפש מתבטאות בגיל ההתבגרות ומתייחסות למשחק גומלין רב של גורמים נוירוביולוגיים וסביבתיים. במקום להתייחס לגורמים אלה בבידוד, טכניקת למידה מגוונת חדשה שפותחה יכולה לדגמן אינטראקציות מוח-סביבתיות, אשר משפרת במידה ניכרת את הזיהוי של תסמינים קיימים של בריאות הנפש וחיזוי של תסמינים עתידיים בהשוואה לשיטות הנוכחיות. המחקר ב פסיכיאטריה ביולוגית: מדעי המוח הקוגניטיביים והדמיהבהוצאת Elsevier, מדגיש את החשיבות של התחשבות במוח המתבגר בשילוב עם הסביבה שבה הוא מתפתח.
יש צורך הולך וגובר לבנות מודלים מורכבים יותר, אך בעלי ניואנסים, של ביולוגיה והתנהגות אנושית, במיוחד כאשר הם מתייחסים להתפתחות תסמינים של בריאות הנפש. למרות חשיבותה של בעיה זו, רוב העבודה עדיין מחשיבה את המוח והסביבה בבידוד או כאינטראקציות חד-משתניות וליניאריות.
May I. Conley, MS, MPhil, מועמד לדוקטורט, אוניברסיטת ייל, המחלקה לפסיכולוגיה, מחבר משותף של המחקר אומר, "במשך זמן רב, מדענים התפתחותיים התמודדו עם האתגר של בדיקת תיאוריות שמבחינות רבות מסתתרות לעין. מהשכונה ועד המשפחה, אנו מזהים את החוויות של בני הנוער בסביבתם והנוירוביולוגיה משפיעה גם על ההתפתחות הרגשית וגם ההתנהגותית. עם זאת, לא היו לנו שיטות שתופסות את המורכבות של האינטראקציה הזו במדויק".
כדי להתמודד עם זה, החוקרים פנו ללמידה מגוונת, מחלקה מבטיחה של אלגוריתמים לחשיפת מבנה סמוי מנתונים ביו-רפואיים בעלי מימד גבוה כמו הדמיה תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI). הם פיתחו את האלגוריתם האקסוגני PHATE (E-PHATE) למודל של אינטראקציות מוח-סביבה. באמצעות מערך הנתונים של התפתחות המוח והקוגניטיבית של מתבגרים (ABCD), הנתמכים על ידי המכונים הלאומיים לבריאות ושותפים פדרליים אחרים, הם השתמשו בהטמעות E-PHATE של הפעלת המוח של המשתתפים במהלך עיבוד רגשי וקוגניטיבי כדי לחזות הבדלים אינדיבידואליים בקוגניציה ורגשית והתנהגותית סימפטומים, הן בחתך והן לאורך.
אחד הממצאים הבולטים ביותר של המחקר היה ההשפעה של שילוב משתנים סביבתיים נוספים לתוך ההשקפה האקסוגנית של E-PHATE. החוקרים ראו מתאם גדול יותר של פעילות המוח עם תסמיני בריאות הנפש באמצעות מודלים של הסביבה השכונתית או המשפחתית ב-E-PHATE, אך על ידי שילוב של מדדים אלה יחד עם אחרים, המודל המשיך לשפר את הייצוג שלו. עם זאת, זה היה ספציפי להוספת מידע סביבתי, ולא השפעה של מספר המשתנים (אשר נבדק עם ניתוחים נוספים). ממצא זה מחזק את הצורך לשקול את הסביבות המרובות שבני נוער מנווטים בשילוב עם האופן שבו המוח שלהם קולט מידע מסביבות אלו.
אריקה ל. בוש, MS, MPhil, מועמדת לדוקטורט, אוניברסיטת ייל, המחלקה לפסיכולוגיה, המחברת הראשונה של המחקר, ממשיכה, "התרגשתי לראות שהעקרונות של מודלים של נתוני הדמיה עצבית שפיתחתי עבור שאלות מדעיות בסיסיות ניתנות להתאים במהירות ליישומים קליניים ולהניב תוצאות מדהימות ותובנות מכאניסטיות כאלה. זה גם הדגיש עד כמה שיתופי פעולה בין-תחומיים יכולים להיות פוריים; חברי הסטודנטית לתואר שני מאי קונלי והיועצת שלה ד"ר בסקין-סומרס הם מומחים במודלים ביו-פסיכו-סוציאליים של תסמיני בריאות הנפש, ובשילוב עם הניסיון החישובי שלי, כל אחד מאיתנו שיחק תפקידי מפתח בהגדרת השאלה והגישות של הפרויקט הזה".
העבודה מדגישה את היישומים הקליניים של גישות חדשות של למידת מכונה ועיבוד אותות. באופן ספציפי, הוא מדגיש את המשמעות והמורכבות של הקשר בין מוחות מתבגרים וסביבות, כאשר הם מתייחסים לתסמינים רגשיים והתנהגותיים. החוקרים מציגים שיטה למטרות כלליות עם יישומים רחבים בתחומים קליניים ולא קליניים כאחד.
העורך הראשי של פסיכיאטריה ביולוגית: מדעי המוח הקוגניטיביים והדמיה קמרון ס. קרטר, MD, אוניברסיטת קליפורניה אירווין, מעיר, "עשורים של עבודה התפתחותית מצביעים על כך שגם הנוירוביולוגיה וגם ההקשר הסביבתי מעצבים את התפתחותם של תסמיני בריאות הנפש. מחקר זה מדגים את התאמתן של שיטות חישוביות נוספות, כמו למידה מגוונת, למידול נתונים התפתחותיים מולטי-מודאליים מורכבים, ויש להן פוטנציאל רב לשפר את המחקר בנושא הנוירוביולוגיה של סימפטומים רגשיים והתנהגותיים אצל מתבגרים."
המחקר הנוכחי הוא חדשני בשלושה מימדים עיקריים:
- על ידי אפיון נתונים עצביים וסביבתיים כמדידות רב משתנות.
- על ידי התייחסות לאינטראקציה ביניהם כלא ליניארית וממדית נמוכה יותר (כלומר, קיימות לאורך סעפת סמויה, כמו רוב הנתונים בעולם האמיתי).
- על ידי מתן אפשרות לגילוי השערות ונתונים סימולטני של ייצוג משמעותי של אותות אלו.
הסופרת הבכירה אריאל בסקין-סומרס, דוקטורט, אוניברסיטת ייל, המחלקה לפסיכולוגיה, מסכמת, "חשוב שכתחום נשפר את יכולתנו ללכוד את העסקאות המורכבות בין האדם לסביבתו. עם זאת, כדי להעריך את העסקאות הללו, יש צורך בשיטות חדשות לטיפול במספר סוגי נתונים ולהערכת האינטראקציות ביניהן בתוך אנשים. השיטה שהופקה משיתוף הפעולה הבינתחומי הזה היא דוגמה אחת לאופן שבו אנו יכולים להעריך את העסקאות המורכבות הללו".
