Метод фМРТ оказал огромное влияние на науку – по этой теме сейчас выходит около 8000 статей в год.
Последний шаг состоял в том, чтобы убедить скептически настроенных ученых, что фМРТ действительно напрямую отражает нейронную активность мозга путем одновременной записи от отдельных нейронов и измерения ответов фМРТ. Технически это было крайне сложно. Размещение электродов в магнитном поле сканера подразумевает электрическую активность, способную затруднить идентификацию ответов нейронов, с которых ведется запись. В конце концов, в 2001 году – через десять лет после смелого прорыва – Никос Логотетис[330] и его коллеги опубликовали статью, в которой показали, что фМРТ действительно тесно связана с активностью нейронов [6].
Влияние метода фМРТ на науку было экстраординарным. Менее чем за тридцать лет по этой теме было опубликовано более 100 000 научных статей, в настоящее время выходит около 8000 статей в год.
СМИ очень любят подобные исследования из-за получаемых учеными впечатляющих изображений и относительно простой истории, которая, кажется, говорит о том, как работает мозг. Например, журналисты уверяют читателей, что фМРТ может объяснить индивидуальные различия («мозг человека с игроманией устроен иначе») или даже читать наши мысли («фМРТ знает ваши секреты»). Странным образом снимки иногда используются для подтверждения субъективных переживаний, как будто цветные пятна делают наши чувства более реальными («построение изображений мозга дает визуальное доказательство того, что иглоукалывание облегчает боль» или «жирная пища действительно приносит удовольствие») [7]. Есть также ложные утверждения, что при сканировании мозга можно определить, лжете ли вы, хотя ни один суд еще не признал использование этого метода, в то время как одна исследовательская группа утверждает, что мозг убийц организован специфичным образом [8]. Антиутопический потенциал новой технологии очевиден и представляет растущий интерес для социологов и этиков [9].
Соблазнительная сила фМРТ как для исследователей, так и для широкой публики проистекает из ее очевидной способности идентифицировать точные области мозга, активирующиеся при выполнении определенной умственной деятельности. Но эти интуитивные образы гораздо сложнее, чем кажутся.
С помощью фМРТ можно увидеть области мозга, которые активируются при выполнении умственных действий.
Мозг – живой орган, выполняющий всевозможные действия, поэтому существует высокий уровень активности, на фоне которого исследователям приходится выделять интересующие их изменения. Вычисление часто очень небольших различий в уровнях оксигенации между областями – различий, которые проявляются яркими цветами, тем самым подразумевая точность и интенсивность, которые данные могут не оправдать, – включает в себя сложные программные пакеты, способные привести к серьезным ошибкам. В 2016 году группа исследователей фМРТ изучила более 3 миллионов снимков и их интерпретаций из опубликованных статей и обнаружила, что «наиболее распространенные программные пакеты для анализа фМРТ… могут приводить к ложноположительным результатам с частотой до 70 %. Эти результаты ставят под сомнение достоверность около 40 000 исследований фМРТ и могут оказать большое влияние на интерпретацию результатов нейровизуализации» [10]. Некоторые исследователи оспаривали этот тревожный вывод (цифра в 40 000 в итоге была снижена до нескольких тысяч), но многие приветствовали его как возможность прояснить научное недоверие к методу, получившему широкое распространение за последние тридцать лет [11].
Это уже не первый случай, когда возникают сомнения в интерпретации данных фМРТ. В 2008 году Никос Логотетис предупредил о серьезных проблемах с методами, используемыми во многих исследованиях фМРТ. В частности, он сосредоточился на том факте, что фМРТ обеспечивает суррогатную оценку мозговой активности – показывает кровоток в больших областях, а не фактическую активность клеток, даже если они четко связаны. По его мнению, исследователи должны иметь это в виду:
«Ограничения фМРТ не связаны с физикой или плохой инженерией и вряд ли будут решены путем увеличения сложности и мощности сканеров. Вместо этого они обусловлены сетевой и функциональной организацией мозга, а также неадекватными экспериментальными протоколами, которые игнорируют эту организацию» [12].
Такая критика особенно справедлива, когда в исследованиях фМРТ утверждается, что конкретная зона мозга «загорается», когда, скажем, ощущается определенная эмоция. Как отметил исследователь фМРТ Рассел Полдрак[331], «редко существует такое взаимно однозначное соответствие; большинство областей мозга активируются во многих различных контекстах» [13]. Даже там, где такая тесная связь действительно наблюдается, это просто корреляция. Чтобы доказать, что область на самом деле является единственным местом конкретной мысли или переживания, требуется изучить пациентов с поражениями в этой области или каким-то образом стимулировать ее. Таких исследований немного, и некоторые из тех, что были проведены, потерпели поражение в попытке доказать предсказанную причинно-следственную связь [14].
Исследователи выяснили, что результаты фМРТ могут быть ложноположительными с частотой до 70 %.
Одна из проблем, связанных с интерпретацией данных фМРТ, привлекла всеобщее внимание в 2009 году после появления статьи под провокационным названием «Корреляции вуду в социальной нейробиологии» в малоизвестном психологическом журнале. Статья подчеркнула «поразительно сильные» корреляции, наблюдаемые во многих исследованиях между активацией точно определенных зон мозга и конкретным поведением или чувством. Авторы зашли так далеко, что заявили, что результаты некоторых подобных исследований были «невероятными», и бросили вызов авторам первоначальных работ повторно проанализировать свои данные [15].
К всеобщему удивлению, их аргумент, основанный на довольно загадочной статистической «придирке», стал вирусным [16]. (К сожалению, в этот момент редакторы журнала, куда была отправлена статья, потеряли самообладание и настояли на том, чтобы статье дали менее броское название.) В результате инцидента все пришли к общему мнению, что необходимы более проверенные результаты исследования и бо́льшая строгость. Учитывая, что те же самые вещи были сказаны снова пять лет спустя, когда обнаружился сбой в программном обеспечении визуализации, кажется, что такие уроки усваиваются на некоторое время, но вскоре забываются.
Некоторые исследователи фМРТ с задорным огоньком в глазах демонстрировали свое понимание имеющихся проблем. Через пару месяцев после того, как вспыхнул «скандал вуду», председатель организации по картированию человеческого мозга выступил на ежегодном собрании и описал один из докладов на конференции, которые, по его мнению, представляли особый интерес. Это было исследование Крейга Беннета и его коллег, и оно было проведено на мертвом лососе. Описание процедуры, представленное Беннеттом, стоит прочитать:
«В исследовании фМРТ участвовал один зрелый атлантический лосось (Salmo salar). Лосось был приблизительно 45 см в длину, весил 1,7 кг и не был жив во время сканирования. Задача, поставленная перед лососем, включала в себя выполнение ментальной задачи без единого правильного ответа. Лососю показали серию фотографий, изображающих индивидов в социальных ситуациях со специфическим эмоциональным значением. Лосося попросили определить, какие эмоции испытывал человек на фотографии» [17].
В то время как мертвую рыбу допрашивали о серии фотографий, фМРТ-сканирование выявило несколько значимых реакций (р < 0,001, если выражаться научно) в небольшой, 27 мм3 области мозга умершего животного. Согласно традиционной интерпретации результатов фМРТ, мертвая рыба обрабатывала фотографии в специфической зоне мозга. Смысл этого сатирического исследования состоял в том, что требовались более строгие и сложные статистические методы: в смелых измерениях мозга мертвого животного были случайные вариации, которые могли быть ошибочно истолкованы как значимые. Неявный вывод заключался в том, что то же самое может происходить и в исследованиях живых субъектов. Более полная версия вскоре была опубликована в The Journal of Serendipitous and Unexpected Results, а в 2012 году исследование было удостоено Шнобелевской премии[332].
Более серьезный подход к данной проблеме обозначился в 2017 году, когда группа ученых во главе с Расселом Полдраком, чья работа тоже была среди исследований, раскритикованных в статье о корреляциях вуду, выдвинула ряд рекомендаций, как можно улучшить валидность[333] исследований фМРТ [18]. В частности, они предложили увеличить число испытуемых и четко указать перед началом эксперимента, какие области мозга, как ожидается, будут задействованы (слишком часто ученые тщательно просматривают данные в поисках какого-то эффекта, что увеличивает вероятность ошибки). Нужно проделать долгий путь к устранению некоторых методологических сомнений в экспериментальном проектировании, на которые указывают критики фМРТ.
Но даже если эксперименты будут разрабатываться более строго, остается загвоздка с интерпретацией данных фМРТ. Немногие работы по визуализации используют свои результаты, чтобы дать представление о том, как работает мозг, – это подразумевало бы описание наглядно представленных и вычислительных процессов, которые осуществляются в разных областях, – потому что их данные мало что говорят по данному вопросу. В этом отношении существует пропасть между общественным восприятием результатов подобных исследований и тем, как ученые интерпретируют данные. Многие исследователи фМРТ знают, что полученные ими сведения должны быть интегрированы во всеобъемлющую структуру функций мозга, но пока что они не могут этого сделать: ни соответствующих данных, ни подходящей теоретической базы не существует.