Что тебе снится, дохлая семга?

Томограф, конечно, замечательный прибор для исследования мозга, но и он иногда может преподносить сюрпризы ученым.
Фото РИА Новости

Тема чтения мыслей занимает человечество не одну сотню лет. Может быть, и тысячелетие. Вот и в последнее время она приобрела актуальность. Произошло это благодаря новому методу изучения мозга – функциональной магнитно-резонансной томографии (сокращенно и латиницей – fMRI). За каких-нибудь 15 лет этот метод буквально завоевал психологию и нейронауки. Ни одно уважающее себя исследование не обходится теперь без fMRI-сканирования мозга.

Работа человеческого мозга по-прежнему остается одной из самых сложных загадок природы. Появление функциональной томографии подарило ученым надежду несколько приблизиться к ее разгадке. Однако популярность fMRI шагнула далеко за пределы лабораторий. Исследования мозга с использованием этого метода стали одним из ведущих поставщиков научных сенсаций в ненаучные СМИ.

Широкая общественность ожидает от fMRI невиданных чудес. Самым скромным из них можно признать предложение использовать его в качестве детектора лжи. Фантазии на эту тему совершенно серьезно простираются до чтения мыслей. Что же это за штука – fMRI?

Человеческий мозг состоит из нервных клеток – нейронов. Нейроны, как любые клетки, едят и дышат, то есть потребляют питательные вещества и кислород. Происходит это так: к нейронам подходит кровь, богатая кислородом, нейроны «выпивают» кислород, и дальше кровь бежит уже с углекислым газом. В состоянии активности нервные клетки едят и дышат больше, чем в состоянии покоя. Причем человеческий организм устроен так, что к активным нейронам кровь идет быстрее, чем к тем, что отдыхают. Кто не работает, тот, как говорится, не ест.

Вот на этой замечательной закономерности и основан метод fMRI. С его помощью мы можем обнаружить в мозге поток крови, богатой кислородом, и проследить, к какому именно участку он устремился. А значит, зафиксировать, в каком участке мозга мы имеем повышенную активность нейронов, то есть какой участок в данный момент работает.

Дальше все просто. Нужно предлагать участникам исследований выполнять различные действия – от просмотра изображений до арифметических вычислений. И при этом отслеживать на fMRI, какие участки активизируются. А дальше – строить на основании этого различные модели работы мозга.

Это действительно хороший метод. За свою относительно недолгую историю он позволил выяснить огромное количество фактов, подтвердить или опровергнуть немало гипотез, построить большое количество моделей. Но у каждого метода есть свои ограничения. И как бы велико ни оказалось разочарование жаждущей сенсаций общественности, следует признать, что до чтения мыслей дело пока не дошло. И дойдет, очевидно, очень не скоро.

В подтверждение можно привести замечательный казус, случившийся в одной из лабораторий Дартмутского колледжа. В 2005 году аспирант Крейг Беннет и его научная руководительница – люди, очевидно, не лишенные чувства юмора, – решили смеха ради просканировать в томографе дохлую рыбу. За материалом дело не стало. Экземпляр свежей семги (вида Salmo salar) был закуплен в ближайшем магазинчике. На этом рыбном деликатесе провели эксперимент, вообще-то предназначенный для живых людей. То есть рыбе зачитали инструкцию и показали серию изображений, тщательно сканируя при этом все ее тело.

Неизвестно, какие именно результаты ожидали получить исследователи. Скорее всего – просто хорошее настроение. Во всяком случае, разобрать полученные сканы никто не потрудился, и они валялись без дела целых три года. Но в 2008 году, уже будучи постдокторантом Калифорнийского университета, Крейг Беннет вспомнил старую шутку и решил дать ей логическое продолжение. В компании своего нового научного руководителя Майка Миллера он проанализировал данные дохлой семги. И обнаружил в ее теле... активацию. Причем не где-нибудь, а именно в мозге. Мозг благородного лосося работал после смерти! По крайней мере за это ручался томограф.

Это потрясающее открытие было обнародовано в 2009 году на конференции одной из ведущих нейропсихологических ассоциаций (Organization for Human Brain Mapping). Новость моментально облетела всех специалистов по психологии и нейропсихологии и вызвала нешуточный переполох. Несчастная рыбка прославилась, хоть и посмертно, зато по-настоящему.

Так что же это, собственно, было? Некоторые исследователи – очевидно, тоже не лишенные чувства юмора, – заявили, что, возможно, все дело в семге и для того, чтобы в этом убедиться, следует просканировать трупы других обитателей моря. Все посмеялись. Но вопрос остался. Если томограф не в состоянии отличить дохлую семгу от живой, то не следует ли отказаться от его использования раз и навсегда?

Разумеется, не следует. Таинственной работе мозга дохлой семги существует достаточно простое объяснение.

Активацию в мозге рыбы можно было обнаружить не просто так, а лишь при определенном способе обработки сканов. Этот способ, как ни печально это признать, – самый распространенный при работе с fMRI. Именно здесь и зарыта собака. Вернее, в данном случае – семга.

Даже в состоянии покоя мозг человека не «молчит». В различных его участках постоянно происходят активации нейронов. Исследователь, желающий установить связь между активацией нейронов и действием человека, должен сравнивать полученные данные не с нулем, а с активациями в состоянии покоя. Для этого мозг сканируется дважды: в состоянии покоя и при выполнении действия. Затем два скана сравниваются, и из сравнения становится ясно, какие активации возникают при выполнении действия.

Но сравниваются сканы не целиком, а по кусочкам. Изображение, которое выдает томограф, для анализа разделяют на отдельные «единицы», или воксели. Их количество зависит от целей и особенностей исследования, но обычно их бывает около 130 тыс. По этим маленьким вокселям и происходит сравнение.

Итак, каждый воксель сравнивается в состоянии покоя и в состоянии действия. В тех участках, где разница между ними достаточно велика (то есть статистически значима), происходит ключевая обработка информации. На поиск таких вокселей нацелено подавляющее большинство научных исследований с fMRI.

И вот теперь самое главное. Вокселей, а стало быть, и сравнений – несметное множество. И от этого велика вероятность появления случайной «значимой» разницы. Мельчайший сбой в работе техники или просто статистическая погрешность могут удивительным образом разрастись и изменить картину до неузнаваемости. Отличить же эту мнимую разницу от настоящей нелегко. Это все равно что пытаться схватить кошку, незаметно пробравшуюся под небрежно скомканное одеяло. Сколько раз вы промахнетесь, принимая случайную складку за притаившегося зверя?

Конечно, случайные различия не могут возникнуть несколько раз подряд. К тому же ученые рассматривают лишь те различия, которые можно объяснить теоретически. Активацию, возникшую в абсолютно нелогичном для изучаемого процесса месте, никто всерьез принимать не станет. Однако в эпизоде с дохлой семгой случайная активация возникла в месте вполне логичном – в мозге. И это заставляет задуматься. Какое «открытие» совершил бы ведомый случайностью исследователь, если бы на месте рыбного деликатеса лежал живой человек?

Выход из этой ситуации есть, и он достаточно прост. Существуют статистические процедуры, позволяющие контролировать погрешности. Они существуют давно и даже не являются особенно запутанными. Нужно просто не лениться их применять, и тогда риск возникновения казусов станет значительно меньше.

И, конечно же, не следует относиться к fMRI как к небесному оракулу, возвещающему всеконечную истину. Способность сомневаться – одна из самых необходимых в жизни ученого. И для нее не должно быть исключений даже в случае такого чудодейственного аппарата, который, по мнению общественности, не сегодня завтра начнет читать мысли.

Иерусалим