Нейромифология. Что мы действительно знаем о мозге и чего мы не знаем о нем

Порядок проведения эксперимента был действительно инновационным. Психологи поместили в МРТ-сканер зрелую особь атлантического лосося (Salmo salar) и во время измерения показывали ему серию фотографий, изображающих людей в социальном взаимодействии. Обнимающихся, жмущих друг другу руки, спорящих и так далее. Точно так же, как это обычно делается при проведении исследований в области «социальных нейронаук». Однако пикантность эксперимента Беннетта и его коллег заключалась в том, что лосось в сканере давно умер. Получив данные фМРТ о восприятии мертвой рыбой вариантов социального человеческого взаимодействия, авторы провели стандартный статистический анализ, как это обычно делается в исследованиях такого рода^[153]. В результате в мозге мертвого лосося были вычислены несколько сопряженных участков повышенной активности. И это при вполне обиходном уровне статистической значимости p = 0,001. На томограмме лосося зоны активности мозга выглядели как красные «капли», так же, как это бывает на других фМРТ-изображениях.

Что есть, то есть. Неужели мертвый лосось способен на межвидовое восприятие? Очень маловероятно. Авторы, которым не откажешь в чувстве юмора, хотели показать нечто совсем другое. А именно то, что почти наверняка получаются ложноположительные результаты, если не корректировать статистические данные с учетом поправки на множественные сравнения. Если бы перед анализом психологи скорректировали данные фМРТ по всем правилам статистического искусства, из мозга мертвого лосося исчезли бы все ложноположительные сигналы.

«Лосось сомнений», как он был прозван в профессиональной среде^[154], является впечатляющим стимулом для последовательного использования вышеупомянутой статистической коррекции визуализационных данных. В ответ на исследование мозга лосося некоторые нейроученые нервно ответили, что это уже хорошо известно и что соответствующие поправки якобы приняты как должное в научной практике.

То, что дела обстоят совершенно иначе, показывает ретроспективный обзор фМРТ-исследований, опубликованных в таких известных журналах по нейровизуализации, как Cerebral Cortex, NeuroImage или Human Brain Mapping^[155]. Доля работ, в которых не было сделано никакой поправки на множественные сравнения, колебалась между 25 и 40 %. Сколько красных и синих пятен на фМРТ-изображениях из этих исследований являются просто техническими и расчетными артефактами, вероятно, останется неизвестным.

В научной практике большинство исследователей хотят как можно меньше корректировать получаемые результаты визуализации, так как легко потерять даже настоящие свидетельства мозговой активности. Это тема для размышления. Определенно целесообразным представляется предложение приводить в научных публикациях как исправленные, так и неоткорректированные данные. У читателя-специалиста тогда была бы возможность самостоятельно решить, каким данным он доверяет. Во всяком случае, лосося Крейга Беннетта это бы не огорчило. Он был съеден экспериментаторами в день МРТ-сканирования.

«Если данные долго пытать, то они признаются»

Из профессиональных кругов приходит и другая критика применяемых методов. Например, указывается, что многие визуализационные исследования проводятся без какой-либо первоначальной гипотезы. О том, что подавляющее большинство исследований проходят без конкретных, поддающихся проверке исходных предположений, говорил и популярный индийский невролог Вилейанур Рамачандран: «98 % нейровизуализаций – это слепое блуждание в темноте»^[156]. Как гласит популярное возражение, данные, полученные бессистемно, позднее могут использоваться во множестве статистических расчетов. И это до тех пор, пока не будет обнаружено что-то значимое (испытанная стратегия «если данные долго пытать, то они признаются»). Далее оценивается масштаб выявленного результата, а затем подбирается объяснение, почему активен именно этот участок мозга.

Короче говоря, рыба ловится в мутной воде, а затем делается вид, что цель поиска была известна с самого начала. До сих пор среди исследователей нет единого мнения, какой статистический метод и способ интерпретации следует применять к тем или иным полученным данным визуализации. Не говоря уже об обязательных нормах. Диапазон возможных подходов очень велик. Это важная проблема, которая по-прежнему не решена. Потому что, если даже минимально изменить исходные параметры, можно легко получить совершенно другой результат. При этом все предшествующие произвольно подобранные этапы процесса не видны в итоговом изображении, так что оно кажется результатом строго эмпирических измерений, который мог получиться только таким и никаким другим.

Магия вуду в социальной нейронауке

Еще больше шума, чем юмористическое фМРТ-исследование мертвого лосося, вызвала в 2009 году методологическая работа Эдварда Вула и его коллег из Массачусетского технологического института. Когнитивные психологи очевидно намекали на свое противостояние с коллегами из сферы «социальных нейронаук». Первоначальное название их работы было «Вуду-корреляции в социальных нейронауках». Однако по просьбе журнала, в котором позднее появилась статья, название было изменено на «Удивительно высокие коэффициенты корреляции в фМРТ-исследованиях эмоций, личности и социального познания»^[157].

Что критиковали авторы статьи? Вул и его коллеги предположили использование магии вуду при выявлении «таинственно» высоких значений взаимосвязи отдельных групп личностей или определенного поведения и сигналов мозга, продемонстрированных социальными нейроучеными в своих исследованиях. После предварительного отбора Вул и его коллеги связались с авторами 54 работ и опросили их о статистических методах, использованных ими в фМРТ-исследованиях.

Как утверждали психологи, более чем в половине случаев ученые использовали корреляционные методы, систематически искажавшие фактические связи и показывавшие слишком высокие значения взаимозависимостей, чтобы быть правдой. В деталях проблема, описанная Вулом и его коллегами, касается продвинутых специалистов по статистике^[158]. Чтобы наглядно ее представить, можно привести притчу о техасском ковбое. Представьте головореза, стреляющего без разбора в складские ворота. Затем он рисует цель вокруг тех пулевых отверстий, которые находятся ближе друг к другу. Таким образом в результатах стрелка появляется сразу несколько прямых попаданий.

Аналогичным образом, по мнению авторов статьи, происходит выявление корреляций при фМРТ-экспериментах. При этом авторы не ограничились обычной методологической критикой. Они даже призвали предполагаемых исказителей статистических данных пересчитать результаты своих исследований: «Мы показываем, как данные этих исследований могут быть повторно проанализированы с помощью неискажающих методов… Мы настоятельно призываем авторов провести такой повторный анализ и уточнить научные записи»^[159]. Настоящая провокация, если учитывать, что все исследования и авторы упоминаются в конце статьи. Среди них много знаменитостей в области «социальных нейронаук», имеющих публикации в таких ведущих журналах, как Science, Nature или Human Brain Mapping. Атакованные, конечно, быстро защитили себя и осудили работу Вула как ошибочную и некорректную. Научный спор продолжается и по сей день.

Месье Тан пишет историю медицины

В мире функциональной нейровизуализации есть ряд концептуальных изъянов, технических недостатков, статистических причин ошибок, самовольных решений и необоснованных основных предпосылок. Тем не менее еще более важным, чем все это, является вопрос, есть ли вообще принципиальный смысл в том, чтобы искать в мозге зоны, ответственные за справедливость, мораль или духовность.

Хотя не позднее чем с 18 апреля 1861 года известно, что есть умственные действия, которые довольно точно локализуются в определенном месте мозга. В тот день французский врач Поль Брока извлек мозг своего умершего днем ранее пациента господина Леборня, страдавшего нарушением речи. В мозге бедняги Леборня, который на любой вопрос мог ответить только «тан»^[160], были выявлены серьезные изменения. Основываясь на локализации этих изменений и истории болезни, Брока пришел к выводу, что повреждение области между лобными долями и височными долями «господина Тана» должно было привести к потере возможности говорить. До сих пор область коры головного мозга, получившая название «центр Брока», считается местом обеспечения моторной организации речи.

Сегодня центр Брока по-прежнему остается ярким примером представления, что мозг можно разделить на независимые функциональные области^[161]. Точное местоположение этих разных областей в настоящее время надеются обнаружить при сканировании. Но насколько необходимо искать точные локализации мысленных действий, которые выходят далеко за пределы элементарных сенсорных и моторных функций? Использовать локализационный подход для поиска нейронных основ романтической любви или мистико-религиозного опыта?

Идея о том, что сложные психические функции прочно связаны с определенными зонами мозга, на самом деле была оставлена десятилетия назад. Гораздо более вероятно, что наш сознательный опыт обеспечивается высокодинамичной работой нейронов корковых и подкорковых нейронных сетей, которая связана с их согласованными активностью и торможением. Биологическая основа нашего сознания представляет собой ряд взаимосвязанных параллельных сетей – высокопластичных и способных к саморазвитию и самовосстановлению. Этой точки зрения придерживаются также известный исследователь сознания, лауреат Нобелевской премии Джералд Эдельман и итальянский ученый Джулио Тонони: «Представляется, что сознательный опыт связан с нейронной активностью, одновременно распределенной по группам нейронов в разных областях мозга. Следовательно, сознание не является прерогативой определенной области мозга. Напротив, нейронные основы сознания распространены далеко за пределы так называемой таламо-кортикальной системы и связанных с ней зон»^[162].

В этом ракурсе, чтобы любить, верить или лгать, человеку нужен весь мозг. Поэтому поиск специфичности сложных психических состояний с помощью фМРТ представляется совершенно бессмысленным. Все больше увеличивается пропасть между набирающей популярность точкой зрения, что сознание является результатом сложного взаимодействия многозадачных нейронных сетей, с одной стороны, и верностью нейронаучным экспериментам с использованием локализационного подхода – с другой^[163].

Философ Альва Ной оценивает ситуацию еще радикальнее. Американский ученый-когнитивист не считает, что вообще имеет смысл искать нейронные корреляты сознания. Потому что таких нейронных структур просто не существует. Вот почему мы не можем объяснить, что такое нейронная основа восприятия. Представление, что мы – «это наш мозг», является для философа не научным выводом, а, скорее, предвзятым мнением, неоспариваемой предпосылкой и предубеждением^[164]. Здесь же можно упомянуть решительное мнение когнитивиста Вэлери Хардкасл и врача Мэттью Стюарта: «Что говорят нам все накопленные параметры мозга о его работе? Пока очень мало»^[165]. Даже «11 ведущих нейроученых» в своем «Манифесте исследователя мозга», опубликованном в журнале Gehirn & Geist, сомневаются, стоит ли использовать методы визуализации для выявления правил работы нашего мозга: «Описание центров активности с помощью ПЭТ или фМРТ и привязка этих зон к конкретным функциям или действиям едва ли помогают здесь двигаться вперед. Ведь то, что все это происходит в мозге в определенный момент, не дает никакого объяснения в прямом смысле слова. И о том, „как“ работает мозг, эти методы ничего не сообщают. В конце концов, они лишь очень косвенно измеряют, где среди множества сотен тысяч нейронов есть чуть больше спроса на энергию. Это похоже на попытку выяснить принцип работы компьютера, измеряя его энергопотребление при выполнении различных задач»^[166].

Нужен ли Вам мозг на самом деле?

В 1980 году журнал Science опубликовал статью, название которой могло разозлить большинство читателей: «Нужен ли Вам мозг на самом деле?»^[167] В этой статье обсуждались поразительные выводы британского невролога Джона Лорбера, который специализировался на лечении пациентов с гидроцефалией^[168].

Сообщалось о ряде пациентов, отличавшихся сильно уменьшенным объемом головного мозга, – однако это мало или вообще не ухудшало их состояние. Самый впечатляющий случай – молодой студент, «с коэффициентом интеллекта 126, получает высшие баллы по математике и совершенно нормальный с социальной точки зрения. Однако у этого мальчика практически нет мозга»^[169]. МРТ определила в коре головного мозга этого студента только тонкий слой нейронов, вероятно, толщиной в один миллиметр. Около 95 % его черепа было заполнено спинномозговой жидкостью. «Я не могу сказать, составляет ли вес мозга студента-математика 50 или 150 граммов. Однако очевидно, что ему далеко до обычных 1,5 килограмма», – говорит невролог^[170].

«Как кто-то с гротескно уменьшенным объемом серого вещества может не только вращаться среди своих коллег без всяких социальных проблем, но и достичь больших успехов в учебе?» – спрашивает Роджер Левин, автор той провокационной статьи в Science^[171]. Некоторые объяснения имеются. Очевидно, мозг обладает невероятными резервными ресурсами, без которых можно обойтись. Как почки или ткань печени. Кроме того, гидроцефалия в первую очередь затрагивает «белое вещество», состоящее из нервных волокон с миелиновой оболочкой. Тело нервных клеток «серого вещества» разрушается лишь незначительно. И, что представляется важным для возможности сохранения всех когнитивных функций даже в тяжелых случаях, болезнь развивается очень медленно в детстве, поэтому мозг имеет достаточно времени для адаптации.

Удивительную степень нейропластичности в детском возрасте фиксирует также тематическое исследование «Половина мозга», описанное в медицинском журнале Lancet в 2002 году^[172]. Авторы Боргштайн и Гротендорст демонстрируют МРТ-снимок черепа семилетней девочки. На изображении в корональной плоскости отсутствует все левое полушарие. Из-за хронического энцефалита^[173] с эпилептическими припадками это полушарие было удалено у девочки, когда ей было три года.

Каковы были последствия этой операции? Трудно поверить, но практически никаких. Девочка свободно говорит на двух языках, хорошо развивается и живет нормальной жизнью. Вызванный основным заболеванием односторонний паралич исчез, оставив лишь небольшую спастичность правой руки и правой ноги. Благодаря пациентам с удаленным полушарием мозга было сделано еще одно удивительное открытие: у них не пропадают никакие воспоминания. Даже если операция сделана довольно поздно, то есть в раннем подростковом возрасте. Очевидно, что содержимое памяти не хранится где-то локально в одном или в другом полушарии мозга^[174].

Как показывают предыдущие примеры, исходя из четко определенной функциональной специфики областей коры головного мозга, далеко не уйдешь. Или, словами невролога Лорбера: «Кора головного мозга, вероятно, отвечает за гораздо меньшее, чем думают большинство людей»^[175]. Еще одно косвенное подтверждение, что не имеет большого смысла с помощью фМРТ искать участки нервного подергивания коры головного мозга при решении моральной дилеммы или созерцании произведения искусства.

«Повторяемость» как слово-раздражитель

Если результаты научных испытаний не могут быть перенесены с одной группы испытуемых на подобную вторую группу или с одного измерительного инструмента на другой, эти результаты имеют мало научного значения. В этом профессиональные круги сходятся. Что известно о надежности фМРТ-исследований? Если сегодня я буду проводить фМРТ-эксперимент и повторю его в другой день, насколько велика вероятность, что я получу такие же результаты? И как они будут выглядеть, если я проведу аналогичный эксперимент на другом сканере?

Группа американских исследователей ответила на вопрос о повторяемости результатов фМРТ, назвав конкретные цифры^[176]. Чтобы определить «повторяемость результатов измерений»^[177], Ли Фридман и его коллеги дважды исследовали пятерых добровольцев в одном и том же сканере с интервалом в 24 часа. Процедуру двойного измерения испытуемые прошли в общей сложности в десяти разных МРТ-сканерах. Они должны были выполнить очень простую задачу: отбивать пальцами ритм, который одновременно слышали через наушники и наблюдали в виде мигания шахматной доски на экране. Так была обеспечена надежная активация слуховой, зрительной и двигательной зон коры головного мозга. Если один и тот же человек дважды исследовался в одном и том же сканере, устойчивость измерений сохранялась во вполне разумных пределах: привычно определяемый в таких случаях коэффициент корреляции составил 0,76 единицы^[178].

При этом психологи Крейг Беннетт и Майкл Миллер, использовавшие усреднение по множеству различных когнитивных задач, экспериментальных подходов и типов сканеров, представили явно неутешительные данные^[179]. В среднем наложение «активных областей» составило всего 29 %, даже если фМРТ-эксперимент повторялся в одном и том же сканере. Таков был результат метаанализа 63 отдельных исследований повторяемости результатов фМРТ-измерений. «Даже если эта цифра… не показательна для каждого отдельного эксперимента, она демонстрирует актуальную суммарную степень надежности фМРТ», – заключают авторы обзорной статьи 2010 года^[180].

Если рассматривать результаты Фридмана и его коллег при повторении очень простого сенсомоторного опыта в десяти разных сканерах, то они еще более сомнительны. Коэффициент корреляции, полученный авторами исследования, составил жалкие 0,22 единицы. Можно представить, каким окажется коэффициент корреляции при повторении сложных фМРТ-экспериментов, например, при принятии решения морального или экономического характера.

Даже если рабочая группа фМРТ-исследователей напрямую изучала раздражающую «повторяемость» результатов, всегда найдется причина, по которой другие исследователи не смогут их повторить. Обычно среди подозреваемых называются другие сканеры, другая напряженность поля, другие испытуемые, другие «статистические традиции», другие схемы построения эксперимента. Но что означает определенная активация мозга в нейро-экономическом фМРТ-эксперименте, если ее нельзя повторить?

В конце концов, в своем обзоре Фридман и его коллеги предлагают ряд мер по повышению повторяемости результатов фМРТ. Удивительно, но в профессиональной среде до сих пор нет четкого понимания, что вообще может считаться приемлемым для обеспечения надежной повторяемости результатов при фМРТ-исследованиях. Для этого нет рекомендаций, не говоря уже об обоюдном согласии экспертов или даже об обязательных базовых принципах. «В области нейровизуализации все по-прежнему в значительной степени не регулируется, но нет и регуляторов. Например, можно было бы лучше нормировать определенные процессы, всегда используя один и тот же локализатор для зрительной стимуляции. Это позволило бы сопоставлять результаты, полученные в различных центрах визуализации. Но этого все еще слишком мало», – комментирует ситуацию в интервью специалист по нейровизуализации и философ Хенрик Вальтер^[181].

Заявления без последствий

Как в науке и обществе до сих пор может сохраняться отличная репутация методов визуализации, прежде всего фМРТ, если они столь очевидно сомнительны и подвержены помехам и ошибкам?

Вероятно, дело в том, что процедура нейровизуализации в значительной степени не позволяет объективировать конкретные результаты исследований посредством эмпирической автокоррекции. При изучении работы мозга, выходящей за пределы основных сенсорных и двигательных процессов, способов квалифицированно доказать или опровергнуть интерпретацию мозговой активности во время фМРТ до сих пор почти не существует. Поскольку нельзя проверить толкование эмпирическим путем, любое утверждение может остаться без последствий. Допускаются спекуляции, и безнаказанными остаются даже самые запутанные объяснительные конструкции. В лучшем случае можно спорить о степени убедительности объяснения. Исследование мозга превращается в вопрос веры.

То же самое относится к локализации сигналов фМРТ. По крайней мере, когда исследуются такие сложные явления, как любовь, вера или психические расстройства. Вряд ли какой-нибудь ученый, глядя на фМРТ-изображение и выявляя где-то активацию, говорит: «Нет, не может быть. Если человек любит, здесь активации быть не может. Произошла ошибка».

Тот факт, что неправильно выявленная активация здесь, фантастическая интерпретация данных там, как правило, не имеют практических последствий, усложняет оспоримость нейровизуализационных исследований. Своего рода самоиммунизация против критики, а также против дальнейшего развития, которая в подобной форме редко встречается в других эмпирических и технических науках. Инженеру, разрабатывающему двигатель, такой неотъемлемый дефект автокоррекции может показаться странным. Если его недавно разработанный двигатель один раз задымится и два раза взорвется во время трех тестовых прогонов, очевидно, что продукт можно улучшить. Химик, прилежно выполняющий синтез, но не получающий желаемого продукта, в конце концов может потерять работу. Но это не касается исследователя мозга, который проводит нейровизуализационные эксперименты. Так как обычно его нельзя уличить в практической бессмысленности его действий.