POLITYKA

Piątek, 20 kwietnia 2018

Polityka - nr 33 (3072) z dnia 2016-08-10; s. 64-66

Nauka

Mateusz HoholMarcin Rotkiewicz

Plamy na mózgu

Wokół badań nad mózgiem narosło wiele mitów, dlatego warto zachować zdrowy sceptycyzm wobec mnożących się rewelacji z magicznym przedrostkiem „neuro”.

Pierwsze medialne doniesienia dotyczące artykułu opublikowanego niedawno przez prestiżowe amerykańskie czasopismo naukowe „PNAS” („Proceedings of the National Academy of Sciences”) brzmiały tak sensacyjnie, że aż niewiarygodnie. Oto grupa szwedzkich naukowców, kierowana przez Andersa Eklunda z Uniwersytetu Linköping, miała udowodnić, iż wyniki dziesiątek tysięcy publikacji naukowych z ostatnich 15 lat powstałych dzięki użyciu skanerów mózgu fMRI (to skrót od functional Magnetic Resonance Imaging, czyli funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym) można wyrzucić do kosza. Zawierają bowiem bardzo poważne błędy. To zaś oznaczało trudne do oszacowania konsekwencje dla wielu obszarów neuronauki, czyli szeroko rozumianych badań nad działaniem najważniejszego organu człowieka.

Co w głowie, a co na ekranie

Czym jest fMRI? Metoda ta zaczęła być powszechnie stosowana przez naukowców w latach 90. XX w., a swoją popularność zyskała dzięki możliwości bezinwazyjnego zaglądania do mózgu człowieka i przypatrywania się jego aktywności w trakcie np. rozwiązywania jakichś problemów czy oglądania zdjęć ukazujących przemoc.

Tym, co owe urządzenia bezpośrednio mierzą, nie jest jednak aktywność elektryczna komórek nerwowych, tylko sygnał zależny od poziomu nasycenia tlenem krwi (w skrócie BOLD, od blood-oxygen-level-dependent). Pomiar taki jest możliwy, gdyż utlenowana krew reaguje na silne pole magnetyczne wytwarzane przez potężne magnesy skanera.

Zasada działania jest tu stosunkowo prosta: obszary mózgu, które zaangażowane są w wykonywanie jakichś zadań, pracują intensywniej i z tego powodu zgłaszają zapotrzebowanie na więcej „paliwa”, czyli właśnie tlenu. Dlatego transportowane są do nich większe ilości tego pierwiastka niż do innych, mniej zaangażowanych obszarów mózgu. Naukowcy zakładają więc, że mapa „konsumpcji” tlenu przez komórki nerwowe pokrywa się z mapą szczególnie aktywnych struktur mózgowych. Na tej podstawie otrzymywane są zdjęcia mózgu z naniesionymi charakterystycznymi kolorowymi plamami wskazującymi bardziej aktywne obszary. Warto jednak podkreślić, iż są one w pewnym sensie sztuczne, gdyż powstają dzięki skomplikowanym procesom obliczeniowym, angażującym wyrafinowane metody statystyczne.

Oprócz nieinwazyjności metody fMRI dodatkowy powód jej popularności wśród badaczy jest dość prozaiczny – spadek kosztów urządzeń, a dzięki temu łatwość dostępu do aparatury. W Polsce godzinna sesja kosztuje dziś od kilkuset złotych, a wystarczy mieć badania przeprowadzone już na kilkunastu osobach, by opublikować je w przyzwoitym czasopiśmie naukowym.

Wracając do szwedzkiej publikacji. Anders Eklund już od 2012 r. publikował prace wskazujące, że oprogramowanie używane do analizowania danych z neuroobrazowania może generować poważne błędy – tzn. wskazywać na zwiększoną aktywność skupisk neuronów, podczas gdy struktury te wcale nie pracują na „wyższych obrotach”. Nowość w tegorocznym artykule szwedzkich naukowców stanowi podsumowanie dotychczasowych badań. Wynika z niego, że istnieje 70 proc. szans, iż komputerowe analizy danych pochodzących ze skanerów mózgu zawierają przynajmniej jeden błąd, ale zależy to od zastosowanego oprogramowania oraz warunków badania.

Druga nowość to wykrycie przez Szwedów kolejnego błędu, jednak tylko w jednym z trzech popularnych programów komputerowych. Skutki tych odkryć łagodzi na szczęście fakt, iż wyniki wielu badań opracowane zostały przy użyciu dwóch pozostałych programów.

Problem jednak istnieje i to nie tylko z oprogramowaniem. W 2012 r. Edward Vul oraz Harold Pashler z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego wskazali bowiem na jeszcze inny kłopot z wynikami neuroobrazowania. Otóż podczas każdego eksperymentu powinno się sprawdzić, czy obszary mózgu wyglądające na szczególnie aktywne, np. w trakcie wykonywania jakiegoś zadania, nie „zapalają się” również w sytuacjach zupełnie losowych. Dlatego należy korzystać z dwóch zbiorów danych, które odejmuje się od siebie (stąd mówi się o technice odejmowania). Amerykańscy naukowcy „przyłapali” jednak wielu uczonych – analizując ich publikacje – na opieraniu wyników tylko na jednym zbiorze danych i jak łatwo się domyślić tym „nielosowym”.

W tym samym 2012 r. kilku innych amerykańskich naukowców otrzymało nagrodę Ig Nobla (potocznie nazywaną „antynoblem”) za eksperyment, który na pierwszy rzut oka może śmieszyć, ale de facto okazuje się jak najbardziej poważny. Otóż uczeni kupili w sklepie spożywczym martwego atlantyckiego łososia, umieścili w skanerze fMRI i prezentowali mu fotografie ludzi w różnych sytuacjach społecznych. Okazało się, że niektóre rejony martwego mózgu ryby czasami wykazywały aktywność. Jak to możliwe? Naukowcy chcieli w ten sposób dobitnie pokazać trudności związane z fMRI. W bardzo dużym skrócie wynikają one z faktu, że komputerowa statystyczna obróbka dużej liczby danych (w tym wypadku małych fragmentów – tzw. wokseli – na które komputer dzieli trójwymiarowy obraz mózgu) może przynieść fałszywe wyniki w postaci wskazań aktywności grup neuronów.

Do powyższych problemów naukowcy, traktujący z rezerwą wyniki uzyskiwane za pomocą fMRI, dodają całą listę wątpliwości. Na przykład: czy same warunki przeprowadzania badań nie zafałszowują rezultatów, gdyż ludzie muszą leżeć nieruchomo w ciasnym skanerze, na dodatek pracującym ...

[pełna treść dostępna dla abonentów Polityki Cyfrowej]