В 2019 году нейробиолога Скотта Марека попросили опубликовать своё исследование в журнале, посвящённом развитию детей. Предыдущие работы показали, что различия в функциях мозга между детьми связаны с результатами тестов на интеллект. Марек решил изучить эту тенденцию у 2 тысяч детей. Постепенно набор данных для исследования увеличивался, и учёный рассчитывал, что они только повысят надёжность уже полученных результатов. Марек совместно со своими коллегами разделили данные на две части и провели один и тот же анализ для каждой из частей. Они ожидали, что итоговые результаты совпадут, но вместо этого обнаружили обратное.
16 марта 2022 года авторы опубликовали результаты своей работы, показывающие, даже масштабного исследования результатов сканирования мозга слишком мало, чтобы точно определить связи между функциями мозга и поведением человека.
Статья авторов, вероятно, говорит о том, что выводы аналогичных исследований с десятками и сотнями испытуемых могут быть неверными. Такие работы связывают различия в структуре и активности мозга с разницей в когнитивных способностях, психическом здоровье и поведении. Например, многочисленные исследования выявили определённые анатомические особенности или паттерны активности мозга, которые (как утверждается в работах) могут отличать людей, у которых была диагностирована депрессия, от людей без депрессии. Эти исследования также часто были направлены на поиск биомаркеров поведенческих черт.
Как утверждает один из рецензентов статьи, когнитивный нейробиолог из Стэнфордского университета в Калифорнии Рассел Полдрак, есть множество исследователей, посвятивших свою карьеру науке. По его словам, фактически в этой статье говорится, что результаты их работы — в основном мусор.
Стоит уточнить, что критика авторов применима только к той части исследований, которая направлена на объяснение различий в поведении людей с помощью визуализации мозга. Тем не менее, некоторые учёные считают, что критика затрагивает эту область слишком широко. По их словам, более мелкие и детальные исследования связей между мозгом и поведением могут привести к достоверным выводам.
Слабые корреляции
Марек вместе с Нико Досенбахом (нейробиолог из WashU) и другими коллегами решили разобраться в причинах неудачного анализа данных. Они проанализировали МРТ-снимки и поведенческие данные 50 тысяч участников нескольких крупных исследований по визуализации мозга, таких как UK Biobank. Некоторые из этих работ измеряли конкретные характеристики структуры мозга, например, размер определённой области. Другие использовали ФМРТ — измерение мозговой активности в покое или при выполнении различных задач, таких как запоминание. Это необходимо, чтобы выявить, как между собой взаимодействуют различные области мозга.
Далее исследователи использовали взятые из больших наборов данных подмножества для моделирования миллиардов небольших исследований. В ходе этих анализов были выявлены связи между МРТ-сканированием и различными когнитивными, поведенческими и демографическими характеристиками в выборках от 25 человек до более чем 32 тысяч человек.
В имитированных исследованиях с участием тысяч людей авторы выявили надёжные корреляции между структурой мозга и активностью в определённых участках с различными поведенческими чертами. Но эти связи, как правило, были намного слабее, чем те, о которых обычно сообщается в большинстве других реальных исследованиях.
Исследователи измерили силу корреляции, используя метрику под названием r, для которой значение 1 означает идеальную корреляцию, а 0 — её отсутствие. Самые сильные надежные корреляции имели r = 0,16, средние показатели колебались в пределах 0,01. В опубликованных реальных исследованиях значения r выше 0,2 не являются редкостью.
После авторы смоделировали более мелкие исследования и выявили гораздо более сильные ассоциации с высокими значениями r, а также то, что эти результаты не повторялись в других выборках вне зависимости от их размера. Даже ассоциации, выявленные в ходе исследования с участием 2 тысяч участников, имели только 25% шанс на повторение. Исследования с участием 500 или менее участников давали надёжные ассоциации всего в 5% случаев.
Ещё более масштабные исследования
Авторы работы не пытались повторить другие опубликованные исследования ассоциаций в масштабах всего мозга. Но уже полученные данные говорят о том, что распространённые в работах высокие значения r в большинстве случаев не что иное, как случайность, и их вряд ли возможно воспроизвести повторно.
По словам Досенбаха, факторы, препятствующие воспроизводимости в других областях (тенденция публиковать только статистически значимые результаты с высокими показателями), означают, что эти ложные ассоциации между мозгом и поведением наводнили научные публикации. Авторы публикуют только то, что имеет достаточно сильный эффект. Их легко можно найти, но, как утверждает Досенбах, они ошибочны.
Для повышения надёжности данных исследования визуализации мозга должны стать намного масштабнее. Генетические исследования страдали от ложноположительных результатов до тех пор, пока учёные и их спонсоры не начали искать ассоциации на очень широких выборках. В крупнейших общегеномных ассоциативных исследованиях в настоящее время участвуют миллионы участников. Марек не знает, сколько необходимо людей для получения надёжных результатов, но количество испытуемых совершенно точно должно измеряться в тысячах.
Как говорит Катерина Граттон (когнитивный нейробиолог из Северо-Западного университета в Эванстоне), статья Марека предполагает, что в большинстве случаев, если у вас нет действительно больших выборок, вы, скорее всего, ошибаетесь в полученных результатах, или вам повезло найти хорошую корреляцию между мозгом и поведением. По её словам, это очень важная работа в данной области.
Но некоторые учёные утверждают, что небольшие исследования всё ещё имеют ценность. Нейробиолог из Национального института психического здоровья в Бетесде Питер Бандеттини говорит, что исследования, подобные тем, что смоделировала команда Марека, искали корреляции между грубыми измерениями поведения или психического здоровья и сканированием мозга. Условия могут варьироваться от участника к участнику, размывая достоверность полученных ассоциаций.
Стивен Смит, английский нейробиолог из Оксфордского университета, утверждает, что тщательно отбирая участников и анализируя данные с использованием сложных подходов, вероятно, получится найти более сильные ассоциации между сканированием мозга и поведением, чем те, что были выявлены в исследовании. Он беспокоится, что представленная статья, возможно, переоценивает ненадёжность полученных результатов.
Комментарии (17)
debagger
20.03.2022 22:06Если обучить две нейронные сети с одинаковой архитектурой даже пусть на одинаковых датасетах, то при сравнении весовые коэффициенты у них будут разные. Что уж говорить о мозге...
edo1h
21.03.2022 05:51да, я убеждён, что механистические представления о мозге «вот эта область отвечает за букву а, а эта — за букву б» неверны.
с одной стороны, это приятно (каждый из нас уникален), с другой — фантазии о чтении мыслей, пересадке сознания, скорее всего, так и останутся фантазиями
vya
20.03.2022 23:47— На что жалуемся?
— На голову жалуется.
— Это хорошо. Лёгкие дышат, сердце стучит.
— А голова?
— А голова — предмет тёмный, исследованию не подлежит.
mwizard
21.03.2022 00:33-2Другими словами, раз мозг никак не определяет поведение человека, то существование души - научно доказанный факт?
nekitak
21.03.2022 12:04Опредлять-то определяют, а вот как именно - непонятно. Думаю(на самом деле убежден), что основная проблема не только в снятии всевозможных показаний с мозга, а еще и в устройстве его биологической архитектуры. Мы знаем что там есть какие-то нейроны, какие-то области, отвечающие за те или иные функции, а как конкретно они это делают - мы, пока, не понимаем(по крайней мере до конца и однозначно).
А еще - душа, на сколько я осведомлен, никак не противопоставляется контролирующей функции мозга, значит док-во от противного/методом исключения тут не уместно => существование души научно не доказано.
ZackFox
21.03.2022 15:13У меня есть гипотеза, что мозг не хранит в себе всю информацию. В мозгу есть локальный кэш, но большая часть данных хранится в "облаке". Иными словами, когда человек испытывает проблемы с памятью, то это не значит, что память стирается физически. Что если мозг просто теряет возможность проигрывать данные ?
Если мы можем принять факт, что электроны могут находится в суперпозиции, можно предположить, что и процессы в мозгу могут углубляться с биологического до квантового уровня.
nekitak
21.03.2022 15:30Если мы можем принять факт, что электроны могут находится в суперпозиции, можно предположить, что и процессы в мозгу могут углубляться с биологического до квантового уровня
это не отменяет локальности процессов, они происходят в голове.
У меня есть гипотеза, что мозг не хранит в себе всю информацию. В мозгу есть локальный кэш, но большая часть данных хранится в "облаке". Иными словами, когда человек испытывает проблемы с памятью, то это не значит, что память стирается физически.
Память не стирается, но повреждается. Однако, в вопросе хранения вне мозга - ваша гипотеза не верна.
Есть такая вещь - амнезия. В пример возьму амнезию при сотрясении мозга/ЧМТ. В зависимости от тяжести травмы - мозг, временно а впоследствии и перманентно утрачивает доступ к памяти о разных событиях, при этом способность мыслить и воспроизводить те воспоминания, которые "физически" не пострадали - он вполне способен(это могут быть как последние воспоминания, так и до момента травмы), а также генерировать новые, несмотря на то, что при том же сотрясении импульс проходит по всему мозгу. С утратой памяти о некоторых событий может меняться и поведение человека(т.н. утрата опыта), однако если события "засели" в голове очень плотно - на уровне рефлексов, человек так или иначе принимает решения в соответствии с теми воспоминаниями, которые напрямую не может вспомнить, но сталкивается с тригерами этих рефлексов. В довесок - человек, в ходе реабилитации, способен самостоятельно вспоминать утраченные воспоминания, что говорит об их локальности.
Также, при все тех же физических повреждениях разных частей мозга, другие его сегменты способны брать на себя выполнение функций поврежденного(знающие могут меня поправить, т.к. пишу очень поверхностно), заново образуя поврежденные, нейронные, связи(грубо говоря копирует по памяти).
Так что память - она вполне физическая, и её можно даже выбить из головы ). А вот каким образом она организована на нейронах, и её компактность - вопрос открытый.
В мозгу есть локальный кэш
В целом, учитывая комплексность мозга, можно сказать что вся мозговая память - и есть кэш, потому что доступ к ней крайне быстрый и оптимизированный.
upd вообще, на тему физической памяти в голове - есть огромное количество материала, но он разрозненный, и его сбор во что-то единое - очень трудоемкое занятие. Однако, если почитать простенькую психиатрию, хирургию конкретных областей, неврологию и до кучи исследования сотрясений мозга/ЧМТ с последующим анализом анамнеза - можно сделать поверхностные выводы об устройстве человеческой памяти.
ZackFox
21.03.2022 16:36Как тогда объяснить? https://habr.com/ru/amp/post/395965/
nekitak
21.03.2022 17:07А что именно нужно объяснять?
Как человек прожил с почти отсутствующим мозгом? - в статье же написано, что он жил нормальной жизнью, следовательно мог и не нуждаться в сложных, когнитивных, изысканиях. Учитывая тот факт, что анамнез не раскрыт - это вполне могла быть нижняя граница "социальной нормы".
В этой же статье написано предположение о том, что такое сознание, что оно не обязательно находится в конкретной точке мозга, и из чего проявляется. От себя могу добавить только предположение, что "то самое" сознание, вероятно, занимает очень мало физического места, или вообще является следствием взаимодействия более низкоуровневых механизмов, аки абстракция над ними.
Личность строиться исходя из опыта человека, следовательно даже его минимального объема достаточно для образования личности(мне на эту тему больше всего импонирует "мышление и речь" Выготского). Какого качества она будет - вопрос другой, но для жизни в социуме вполне хватает.
Также, при все тех же физических повреждениях разных частей мозга, другие его сегменты способны брать на себя выполнение функций поврежденного
возможно это ближе всего к ответу на ваш вопрос, т.к. за счет компактности и комплексности нейронных структур мозг действительно может оптимизировать сам себя, в различных условиях.
Под статьей огромное количество дискуссий. Вероятно, кто-то уже задавал вопрос подобно вашему, и кто-то на него отвечал. Конкретизируйте что именно вы хотите у меня спросить.
upd собственно под этой же статьей нашел ссылку на предполагаемый оригинал 2007 года, и к нему много вопросов касательно качества.
odins1969
21.03.2022 21:17еще бы понять как выглядят ваши "данные" в теле нейрона или популяции нейронов. Неужто это число синаптических рецепторов ? А может их относительная плотность на мембране? или что?
odins1969
21.03.2022 21:13нет. Статья лишь показывает что такая связь- нелинейна. Наподобие связей в "линзе Брунсвика"
odins1969
21.03.2022 20:47кто из хабровцев может привести данные о интракорреляциях церебральных зон полученых методом ФМРТ при выполнении одной и той же когнитивной задачи испытуемым, выполненной повторно и/или временной серией / через несколько часов или дней/ ??? Юмор в том что такие корреляции очень слабы , ранговая r<=0.18 / Пирсона r < 0.2/ И о чем это говорит? О том , что даже одну и ту же стандартизированную задачу мозг выполняет вариативнг вовлекая разные анатомические области, например подкорковых структур ! А это значит что нейроморфологическая предикция поведенческих и тем более личностных характетристик - некорректна. Вот Савельев и сел в лужу со своим сортингом. А ему говорили - профессор не несите ахинею, над вами потешаться будут.
Laryx
Всё не так просто. И существуют и весьма обнадеживающие исследования. У Маркова в его книгах о них довольно много рассказывается.
Жаль, на Хабре меня не любят - я бы мог рассказать, но увы... обязательно найдется кто-то, кому-то не понравится, и остатки кармы мне терять не хочется.
Hardcoin
Более важно, найдется ли тот, кому понравится. Если таких людей будет больше, всё с вашей кармой нормально будет.
И с любовью это слабо связано, люди оценивают ваши тексты. Вас лично они никогда не видели и не знают. Если тексты интересные и разумные - это одно. Если неприятные и высокомерные - другое (не про вас, просто пример).
Laryx
Да, все верно. Однако, можете поглядеть - на моем сообщении уже три минуса. Как же мне можно аргументировать, отвечать, возражать, если у меня "заткнут рот"? Да раз народу не нравится - я просто буду молчать, и пойду туда, где дискуссии не запрещены.
Hardcoin
Минусы на сообщениях не мешают вести дискуссию. Они просто показывают, согласны люди или нет. Мешают минусы в карму.
Уйти в другое место вы можете. Но разве существуют места, где людям нравится "мог бы рассказать, но увы"? По-моему, такой подход нигде успеха иметь не будет. Можете рассказать - напишите статью, такая возможность у вас есть.
odins1969
Марков - фундаменталист, он вообще игнорирует все что не вяжется с его трактовкой биологической эволюции. Социобиология - это уже не мейнстрим. Научное сообщество переболело эйфорией простых ответов на механизмы например антропогенеза или филогенеза высшей нервной деятельности. По моему Марков свои профессиональные взгляды не отделяет а иногда подменяет своей ценностной позицией, что и сказывается на корректности его суждений относительно нейро- и когнитивной науки.