Функциональные методы нейровизуализации, такие как функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ) обеспечивают измерение активности областей мозга в ответ на когнитивные задачи, предпринимаемые во время сканирования. Эти данные позволяют когнитивному неврологу сделать вывод о роли отдельных областей мозга в когнитивных функциях. Тем не менее, растет использование данных нейровизуализации, чтобы сделать противоположный вывод, то есть сделать вывод о вовлеченности конкретных когнитивных функций, основанных на активации в определенных регионах мозга. Цель этой статьи - проанализировать эту практику, известную как "обратный вывод", и охарактеризовать некоторые ограничения на эффективность этой стратегии.
Прямые и обратные выводы
Обычный вывод, который делается на основе данных нейровизуализации, заключается в следующем: "если задействован когнитивный процесс X, то область мозга Z активна". Прочтение дискуссионных разделов нескольких статей быстро выявит, однако, эпидемию рассуждений, которая примет следующий вид:
- В настоящем исследовании, когда было представлено сравнение задач А, область мозга Z была активной.
- В других исследованиях, когда когнитивный процесс X предполагалось вовлекать, тогда область Z была активной.
- Таким образом, деятельность области Z в настоящем исследовании демонстрирует вовлеченность когнитивного процесса X путем сравнения задач A.
Это "обратный вывод", в том смысле, что он обуславливает обратный переход от активации мозга к вовлечению той или иной когнитивной функции.
Во многих случаях использование обратного вывода является неформальным; наличие неожиданной активации в конкретной области объясняется ссылкой на другие исследования, которые обнаружили активацию в том же регионе. Однако в некоторых исследованиях центральным элементом является обратный вывод. В одном исследовании субъекты сканировались с использованием ПЭТ во время выполнения задачи экономического обмена, в ходе которой они имели возможность наказать тех, кто дезертировал. Активация наблюдалась в спинном отделе стриатума, когда участники подвергали дезертиров эффективному наказанию; эта активация была сделана для отражения вознаграждающих свойств альтруистического наказания. Аналогичным образом, исследование с использованием МРТ у крыс сравнило активность во время грудного вскармливания крысят с активностью при приеме наркотических веществ. Большая активность в спинном и вентральном отделе стриатума во время кормления по сравнению с приемом наркотических веществ привела авторов к выводу, что "кормление детеныша грудью приносит больше пользы, чем наркотики". В каждом из этих исследований, когнитивный процесс ("вознаграждение") был выведен из активации в конкретной системе мозга (стриатум). Почти в каждой работе по нейровизуализации используются аналогичные обратные выводы для объяснения возникновения непредсказуемых областей активации.
Важно отметить, что такого рода "обратные выводы" не являются дедуктивно обоснованными, а, скорее, отражают логическую неточность утверждения о том, что они являются следствием. Силлогизм можно было бы сделать дедуктивно обоснованным, если бы утверждение было исключительным, так что область Z была бы активной тогда и только тогда, когда задействован когнитивный процесс Х. Однако когнитивная нейронаука, как правило, заинтересована в механистическом понимании нейронных процессов, которые поддерживают познание, а не формулирование дедуктивных законов. В этой связи обратный вывод может оказаться полезным при обнаружении новых интересных фактов о лежащих в основе механизмах. Действительно, философы утверждают, что подобное рассуждение, является важным инструментом для научных открытий.
Как правильно использовать обратные выводы?
Существуют два способа повышения уверенности в обратных выводах:
1. Повышение избирательности ответа в интересующей области мозга
Избирательность выходит за рамки контроля экспериментатора, однако, по крайней мере можно получить оценку селективности. Кроме того, анализ совокупности областей (функционирующих как связанные сети) может обеспечить большую избирательность, чем анализ отдельных областей, в той степени, в какой конкретные процессы затрагивают конкретные сети. Размер интересующей области также повлияет на избирательность, предполагая, что обратный вывод в пользу более мелких областей обеспечит больше уверенности.
До этого он в определенной степени находится под контролем экспериментатора, поскольку он часто может выбирать экспериментальные задания, которые максимально увеличивают вероятность того, что тот или иной процесс будет задействован. Эта стратегия в большей степени применима к исследованиям, направленным на создание конкретного обратного вывода, нежели к исследованиям, в которых обратный вывод отражает пост-систематическое объяснение конкретного результата.
2. Использование сходящихся поведенческих данных для обеспечения более весомых доказательств вовлеченности заинтересованных сторон в интересующий их процесс.
Например, ученые сканировали людей с помощью МРТ, пока они занимались личными или безличными моральными дилеммами, которые авторы предлагали различать по степени вовлеченности эмоций в предмет. Различия в вовлеченности нескольких областей мозга (медиальная префронтальная, задняя поясная извилина и угловая извилина) были использованы для вывода "систематические изменения в вовлеченности эмоций в моральное суждение". Параллельно с этими результатами МРТ исследователи также изучали время реакции на испытания, в ходе которых испытуемые ответили, что рассматриваемое поведение в дилемме (например, столкнув человека с моста, чтобы спасти нескольких других людей) было либо правильным, либо неуместным. Они обнаружили, что время ответа на личные дилеммы было больше, когда респонденты отвечали "правильно", чем когда они отвечали "неуместно", в то время как для безличных дилемм наблюдалась обратная закономерность. Они утверждали, что этот поведенческий эффект отражает эмоциональный конфликт личных, но не обезличенных дилемм, и, таким образом, дает сходящиеся данные для обратного вывода. В той степени, в какой такие утверждения относительно поведенческих данных являются правдоподобными, такое сочетание поведенческих и ФМРТ результатов дает более убедительные доказательства в пользу обратного вывода.
Заключение
Существует значительный азарт по поводу способности функциональной нейровизуализации помочь исследователям открыть для себя организацию когнитивных функций. Однако следует проявлять осторожность при использовании обратного вывода, особенно в тех случаях, когда вера в вовлеченность когнитивного процесса и избирательность активации в области, представляющей интерес, является низкой. Анализ баз данных нейровизуализации может дать дополнительное представление о силе конкретных выводов из данных нейровизуализации, но полезность этих баз данных ограничена грубостью когнитивной онтологии, используемой в существующих базах данных. Обратный вывод следует рассматривать как еще один (пусть и несовершенный) инструмент, с помощью которого можно улучшить наше понимание ума и мозга. В частности, обратные выводы могут выдвигать новые гипотезы, которые затем могут быть проверены в последующих экспериментах. Это вполне может быть верно, но конечная полезность стратегии обратного вывода будет определяться ее успехом в продвижении нашего понимания ума и мозга в будущем.
