Усреднение данных фМРТ исказило представления о работе мозга
Результаты нового исследования показали, что усредненные данные функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) могут искажать картину работы мозга: связи, выявляемые при сравнении между людьми, нередко оказываются противоположными тому, что наблюдается у отдельно взятого человека. Это ставит под сомнение многие выводы современной нейронауки и может изменить подход к изучению внимания, импульсивности и психических расстройств.
Когда человек старается не поддаваться импульсу — не отвлекаться на уведомления, не говорить лишнего или резко затормозить за рулем, — в мозге включается когнитивный контроль, позволяющий вовремя остановить действие. В этом процессе участвуют несколько областей мозга, включая префронтальную кору (регуляция поведения и принятие решений), лобные доли (контроль действий) и базальные ганглии (формирование и торможение двигательных реакций).
Такие процессы изучают с помощью задачи стоп-сигнала (stop-signal task, SST) — задания, в котором нужно быстро нажать кнопку в ответ на сигнал, но иногда в нем внезапно появляется команда остановиться и не нажимать. Чем быстрее мозг успевает «затормозить», тем лучше работает контроль. Этот показатель называют временем остановки реакции (SSRT). В большинстве исследований людей сравнивают между собой, чтобы выяснить, у кого SSRT короче и какие области мозга активнее.
Ученые из Стэнфордского университета (США) решили проверить, можно ли по таким усредненным данным понять, что именно происходит в мозге отдельно взятого индивида. Для этого они проанализировали данные более чем четырех тысяч участников одного из крупнейших в мире проектов, посвященных развитию мозга у детей и подростков, — ABCD (Adolescent Brain Cognitive Development Study). Затем поведение участников сопоставили с результатами фМРТ.
Анализ показал, что привычный подход действительно может искажать картину. Сравнив данные участников между собой, исследователи выявили определенные зависимости между активностью и показателями самоконтроля. Однако при анализе каждого отдельно взятого человека эти зависимости нередко менялись по интенсивности и становились противоположными. Причем снова и снова.
Например, в усредненных данных более высокая активность ряда областей мозга часто связывалась с лучшим торможением реакции. Но в конкретные моменты у отдельных участников усиление тех же областей сопровождалось более медленным и менее эффективным торможением действия. Этот эффект называется парадоксом Симпсона и указывает на то, что групповая статистика не всегда отражает реальные процессы.
Чтобы разобраться в причинах такого расхождения, ученые применили вычислительную модель PRAD. Она позволяет разложить самоконтроль на два компонента: реактивный (быстрое торможение уже начатого действия) и проактивный (предварительная настройка мозга на возможную остановку). Выяснилось, что эти процессы по-разному представлены в мозге и по-разному связаны с его активностью.
Дополнительные исследования показали, что реактивный и проактивный контроль опираются на частично разные нейронные связи. Более того, у людей стратегии самоконтроля различаются: одни гибко подстраивают поведение после ошибок, а другие ухудшают. Именно эта разница влияет на связь активности мозга и поведения.
По итогу авторы научной работы, опубликованной в журнале Nature Communications, заключили, что усреднение данных фМРТ может скрывать или искажать реальные закономерности работы мозга. Значит, для понимания механизмов когнитивного контроля, импульсивности и психических расстройств важно учитывать не только различия между людьми, но и динамику в мозге каждого человека.
