«АСТ»

Популярное издательство

«Нейромифология»: Почему распространенное представление о мире нейронаук ошибочно

Некоторые оптимисты от нейронаук считают, что буквально все, от свободы воли и особенностей поведения до психических расстройств, можно объяснить работой мозга. Действительно ли, чтобы понять себя, нам достаточно разобраться в устройстве содержимого нашей черепной коробки? По мнению Феликса Хаслера, фармаколога и исследователя в Школе сознания и мозга при Берлинском университете имени Гумбольдта, успехи нейроисследований сильно преувеличены. В книге «Нейромифология» (издательство «АСТ»), переведенной на русский язык Татьяной Граблевской, он рассказывает, почему представление о возможностях нейронаук не соответствуют эмпирическим данным и каковы их пусть не столь громкие, зато реальные достижения. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным процессу фМРТ, а также несовершенству и вопросам интерпретации полученных с его помощью изображений.


Что мы видим, когда смотрим на снимок мозга?

Основная предпосылка фМРТ состоит в том, что мозг активен именно там, где более активно происходит кровообращение и, соответственно, где поглощается больше кислорода. Вскоре после активации нейронных сетей усиление кровотока вызывает приток богатого кислородом гемоглобина. В то же время концентрация гемоглобина, не содержащего кислород (дезоксигемоглобина), в этом месте снижается.

Именно эти изменения фиксируются с помощью стандартной процедуры фМРТ, так называемой технологии BOLD*-фМРТ. Знаменитые цветные пятна, BOLD-сигналы, создаются на компьютере с помощью математических расчетов после проведения фМРТ. Таким образом, они представляют собой не что иное, как образно интерпретированные в виде графических изображений статистические сведения об изменениях кровотока и потребления кислорода в мозге. Для фМРТ особенно подходит общий термин «процесс визуализации», так как это словосочетание подчеркивает, что подобная визуализационная технология связана не просто с фиксацией изображения, но с производственным процессом.

*Англ. blood-oxygen-level-dependent, т. е. фМРТ, зависимой от уровня кислорода в крови. — Прим. перев.

Почти не встречающее возражений предположение, что фМРТ отображает истинную нейронную активность**, пусть и опосредованно, через механизм BOLD-сигналов, совсем не так достоверно, как кажется. Хотя благодаря прямому физиологическому исследованию мозга животных было выявлено, что нейронная активность обычно связана с увеличением потребления кислорода, в исследовании, проведенном в Лаборатории нейрососудистой визуализации Калифорнийского университета в Сан-Диего, было также показано, что нейронная активность иногда приводит к сужению, а не к расширению кровеносных сосудов. И, следовательно, к снижению, а не к усилению кровотока. Это, разумеется, является полной противоположностью стандартной интерпретации, согласно которой оценивают все данные фМРТ. Поэтому историк науки Фернандо Видаль и философ Франсиско Ортега совершенно справедливо спрашивают: «Что же мы видим, когда смотрим на снимок мозга?»

**«Нейронная активность» означает, что в определенном месте мозга в нейронах изменяется частота электрических разрядов (потенциалов действия).

Видеть значит верить

Так как структурные и функциональные МРТ-изображения очень похожи, большинство неспециалистов, а также многие профессионалы не из цеха нейровизуализации, не поняли, что теперь томограммы больше не передают то, «что существует на самом деле», как это было в случае с рентгеновскими снимками. Видеть значит верить — для человека, по природе склонного к иконофилии, красочные томографические изображения автоматически обретают соблазнительную силу истинного образа.

Но на самом деле все обстоит совершенно иначе. Нейровизуализационные изображения — это не просто нечеткие фотографии работающего мозга низкого разрешения, а результат множества технологических процессов. До получения итогового образа необходимо принять длинный ряд технических решений. От обработки исходных данных со сканера до окончательных статистических расчетов. Целая «цепь заключений», как было сказано в одной из переводных статей журнала Nature Neuroscience.

При этом слепо верить этой «цепи заключений» обычно не стоит: «...в итоговой [научной] публикации обычно содержится сильно редуцированная часть оригинальных данных, отфильтрованная в результате серии преобразований и оценок, часто довольно своеобразных. Не существует единого мнения о „правильном“ способе проведения этих исследований; каждое из них имеет свои сильные и слабые стороны, кроме того, постоянно разрабатываются новые методы». Один лишь выбор уровня статистической значимости требует доcтижения сложного баланса между возможными ложнопозитивными и ложнонегативными результатами.

В Nature Neuroscience также указывалось, что «трудно создавать научные статьи, описывающие (и, самое главное, объясняющие) сложные закономерности активации мозга. Поэтому часто наблюдается тенденция к консервативным ограничениям, что позволяет сократить количество фактов активации и представить более простой результат».

Однако сложности нейровизуализационных исследований начинаются задолго до того, как будут проведены измерения. Главная проблема заключается в разработке содержательного общего проекта исследования с надежными экспериментальными параметрами и соответствующими контрольными условиями. «Нынешняя проблема визуализации состоит в том, что бесконечно сложно выполнять правильные исследования, тогда как получить изображения очень легко», — делает вывод пионер нейровизуализации Стивен Петерсон.

Вне зависимости от всех оговорок, видеть значит верить. Психологи Дэвид Маккейб и Алан Кастел изучили, как испытуемые оценивают достоверность фиктивных результатов нейронаучных исследований, когда им показывают или не показывают изображения мозга. Во время трех различных экспериментов, в которых сфабрикованные данные когнитивной науки были представлены просто в виде текста, в виде текста и диаграммы и в виде текста и изображений мозговой активности, тестируемые студенты всегда считали «научно наиболее убедительными» тексты, сопровождаемые изображениями. Маккейб и Кастел заключили, что «часть очарования — и правдоподобия — исследования с применением метода визуализации заключается в убедительности самих изображений мозга». Мозговые сканеры — это доказательные машины. Для историка науки Хагнера — также и в том смысле, что они «сводят до сих пор плохо понятные причинные связи к поверхностому рассмотрению».


Арифметика любви

С другой стороны, в общественном восприятии сканеры для проведения МРТ имеют репутацию настоящей «машины объективности». Внушительные, футуристические, почти магические высокотехнологичные объекты, которые обнажают скрытое нутро человека. При этом существует множество веских причин скептически относиться к претендующим на объективность фМРТ-изображениям. Чтобы обосновать это, сделаем обзор множества проблемных областей функциональной магнитно-резонансной томографии.

Во-первых: обычно в качестве итога функциональных нейровизуализационных исследований мы получаем разностные изображения. То, что мы видим, является результатом процесса субтракции. Процедура подчиняется простой и, прежде всего, очевидной логике. Чтобы иметь возможность засвидетельствовать определенную работу мозга, испытуемый в сканере подвергается двум опытам. Измеряется изменение местного потребления кислорода крови в интересующих экспериментальных условиях (условиях испытания), а также в контрольных условиях. В поисках, скажем, участка мозга, отвечающего за романтическую любовь, влюбленным показывают фотографии их любимого партнера, а также фотографии друзей того же возраста и пола, к которым у них нет «истинной, глубокой и сумасшедшей» привязанности.

Затем МРТ-изображение, выполненное в контрольных условиях, просто субтрактируют (вычитают) из снимка, который сделан при созерцании испытуемым предмета его страсти. Так надеются устранить с изображения все неспецифические активности мозга, которые не имеют отношения к влюбленности***. Расчет для корректировки активности делают следующим образом: (влюбленный + все остальное) – (не влюбленный + все остальное) = влюбленный. В представленном здесь примере изучения влюбленности расчеты руководителя исследований Андреаса Бартельса и Семира Зеки дают следующий результат: влюбленный = = активация передней части поясной извилины и срединной части островковой доли коры головного мозга, а также путамена и хвостатого ядра. Кроме того, деактивация задней части поясной извилины и миндалин, а также правых лобной, теменной и височной долей коры головного мозга.

***Одна только обработка визуальных стимулов вызывает, например, сильную активность в зоне зрительных путей и зрительной коры.

Логично, что через несколько лет Семир Зеки, видный нейроученый из лондонской Лаборатории нейробиологии Wellcome, посвятил себя темной стороне человеческих эмоций. В рамках исследования «Нейронные корреляты ненависти» испытуемым, находившимся в сканере, теперь уже нужно было не любить от всего сердца, а искренне ненавидеть. Для этого были подобраны люди, которые «демонстрируют сильную ненависть к тому или иному индивидууму». При этом объектами ненависти всегда являлись бывший сексуальный партнер или коллега по работе. Таким образом был обеспечен надежный натуралистический подход к исследованию. Степень враждебности получила количественную психометрическую оценку по «шкале страстной ненависти».

Аналогично опыту с романтическими чувствами, испытуемые приносили с собой фотографии ненавистных им людей. Затем эти фотографии демонстрировали им в сканере, чередуя с нейтральными лицами. Опять же, изображение мозга, реагирующего на нейтральные изображения, вычли из снимка мозга ненавидящего.

Итак, по словам Зеки и его коллеги Джона Пола Ромайи, мозг ненавидит так: активируются средняя лобная извилина, путамен, премоторная зона, островковая доля и прецентральная извилина правого полушария, тогда как верхняя лобная извилина правого полушария, напротив, не активна. Авторы заключают: «Исследование показывает, что активация мозга ненавидящего человека происходит по определенной схеме».

Особенно внимательный читатель сможет заметить, что активация островковой доли и путамена уже отмечалась выше при описании влюбленных испытуемых. Хотя авторы исследования ненависти в обсуждении этого примечательного обстоятельства благоразумно отделываются общими словами («текущее состояние знаний не позволяет сделать точную интерпретацию»), онлайн-выпуск журнала Deutsche Ärzteblatt предлагает даже биологическое объяснение: «Дружба и вражда активируют путамен правого полушария. Эту область исследователи мозга связывают с подготовкой тела к движениям. В случае чувства любви движения могут быть связаны с желанием приблизиться к любимому человеку или защитить его. Ненависть способна стать причиной агрессивных действий или противодействия противнику. Второй центр, который активируют оба чувства, — это островковая доля. Ее Зеки считает ответственной за стресс, связанный как с чувством ненависти, так и с романтической любовью (в форме ревности)». Не существует результатов фМРТ, которые нельзя было бы объяснить с помощью богатого воображения и, в еще больше степени, с помощью смелого упрощения.


Морское сравнение

Помимо базовых редукционистских оговорок разностный метод связан также с технической проблемой доступной точности измерения. Поскольку мозг постоянно активен****, уже «фоновый шум», вычитаемый при субтракции контрольных данных, оказывается в большинстве случаев намного существеннее, чем предполагаемый специфический результат, например, при принятии решения нравственного характера. Исследования показали, что при решении когнитивной задачи затраты энергии мозгом увеличиваются по сравнению с основным состоянием менее чем на 5 процентов.

****Осознание того, что мозг очень активен, даже если «ничего не делает», привело на рубеже веков к старту очень важных сегодня «исследований состояния покоя». С помощью фМРТ и компьютерного моделирования изучается сеть пассивного режима работы мозга, активная, если человек не взаимодействует с внешним миром, а просто спокойно предается своим мыслям. Изучение «состояния покоя» стало одной из центральных тем современных исследований мозга.

Образно говоря, разностный метод похож на определение веса капитана путем взвешивания яхты с капитаном, а затем яхты без капитана. Нейробиолог Герхард Рот в передаче «Баварского радио» ссылается на еще одну фундаментальную трудность, а именно на техническую необходимость статистического усреднения большого количества замеров: «Это осложняется тем фактом, что получаемые изображения обычно являются артефактами. А именно усредненными изображениями мозга, который много раз измерялся, или даже результатами многократных измерений множества мозгов, позволяющими нам видеть какие-то отличия... Эти артефакты очень интересны, но их нужно интерпретировать крайне осторожно. И интерпретация зачастую очень сложна».

Кроме того, схемы мозговой активности сильно варьируются от субъекта к субъекту. В случае одинаковых испытаний в одном и том же сканере при постоянных экспериментальных условиях индивидуальные результаты могут выглядеть совершенно по-разному. Как это часто бывает при изучении сложных биологических систем, одна лишь природная вариативность приводит к значительным различиям между результатами исследования отдельных испытуемых.

Эти естественные различия затем проявляются в статистических расчетах как значительные отклонения или же как наложения в данных. Поэтому обычно на уровне отдельного человека полученный результат фМРТ невозможно связать с определенными условиями эксперимента или с конкретным диагнозом.

Статистически значимые различия обнаруживаются только при интраиндивидуальном (один и тот же человек сканируется дважды, один раз в состоянии покоя и один раз — при выполнении когнитивной задачи) или при групповом сравнении (когда сравниваются усредненные схемы мозговой активности целых групп). Так, например, можно увидеть, что при просмотре изображений алкогольных напитков мозг алкоголиков в среднем реагирует иначе, чем мозг неалкоголиков. (Что, конечно, совсем не удивительно.) При рассмотрении только одного частного результата измерения соотнести его с чем-либо, как правило, невозможно.


Подробнее читайте:
Хаслер, Феликс. Нейромифология / Феликс Хаслер; пер. с немецкого Татьяны Граблевской. — М.: АСТ, 2022. — 320 с.

Ранее в этом блоге

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.