神经科学的错误是什么?

1935年,一个名叫egas moniz的雄心勃勃的神经学教授在讨论会上坐在观众身上额叶,被神经透视师Carlyle F. Jacobsen对一些实验的描述Jacobsen与Contorigator John Fulton进行了描述。Jacobsen和Fulton损坏了一个名为“Becky”的黑猩猩的正面裂片损坏了后来他们观察到一个相当大的行为转变.贝基以前是一个顽固、古怪、难以训练的人,但手术后她变得平和、沉着、顺从。

在阅读有关额叶肿瘤的一些论文之后,Moniz已经思考了人类前瓣手术的潜在治疗价值以及它们影响人格的纸张。他认为,额叶电路中的静态异常引起了一些精神障碍。通过去除一部分额叶,他假设他还将去除神经元和途径,这是有问题的,在减轻患者的症状的过程中。虽然Moniz一直在思考这种可能性,但Jacobsen的描述是贝基中看到的变化的描述是尝试与人类类似的方法所需的动力Moniz。在看到雅各布森的演示后,他只做了三个月,以及将被称为前洛氏曲面术的手术程序出生。

Moniz的程序最初涉及在患者的头骨中钻两个孔,然后将纯醇映射到前瓣中,希望摧毁所居住精神障碍的地区。Moniz很快转向了另一个工具的消融工具,但是 - 一种钢循环,他叫一个粘液(这是希腊语为“白质子刀”)---并开始呼吁该程序是前额外的白痴。虽然他的评估程序的有效性的手段是当今标准的不足之处 - 例如,他一般只监测手术后几天后监测患者 - Moniz报告的大多数患者的复苏或改善.很快,前额叶豹是在世界各国的一些国家完成的。

该行动吸引了神经科学专家沃尔特弗里曼和神经外科州詹姆斯瓦特的兴趣。它们再次修改了手术,这次涉及使用大型刮刀从侧面进入颅骨。在颅骨内,刮刀上下摆动,希望断开连接之间的连接丘脑前额叶皮质(基于这些连接对于情绪反应至关重要的假设,并且在不正常运作时可能会促使疾病)。他们还重命名程序“额叶曲面术”,因为只有粘膜暗示只被移除白质,并不是用它们的方法。

几年后(1946年),弗里曼做出一个最后的修改程序。他主张使用眼窝为切入点,以额叶(再次切断丘脑和额叶区域之间的连接)。由于他的工具进行消融时,他选择了一个冰锥。该冰锥通过眼眶插入,左右摇摆做切割,然后取出。该程序可在10分钟内完成;这个新的“眶切断术”所带来切断术的真正发展的鼎盛时期。

经眶额叶切除术的引入使该手术的普及程度显著提高——也许是由于该手术的简便和方便。从1949年到1952年,美国每年进行大约5000例额叶白质切除术(这是到20世纪70年代完成的额叶白质切除术总数)被认为是40,000到50,000之间).瓦茨强烈反对将额叶切除术转变为一种可以在一次快速的办公室访问中完成的手术,而且是由精神病医生而不是外科医生完成的,这导致他和弗里曼断绝了他们的伙伴关系。

然而,弗里曼并没有气馁;他成为经眶额叶切除术的热心推动者。他在美国各地旅行,在精神病院停留,为任何看起来符合条件的病人进行手术,并在他离开后培训工作人员进行手术。弗里曼本人被认为实施或监督了大约3500例额叶切除术;他的病人包括一些未成年人和一个4岁的孩子(程序后3周死亡)。

然而,最终,经眶额叶切除术的流行开始消退。有人可能会认为,这是因为人们认识到这个过程是多么的野蛮(同时也认识到这个方法是建立在一些脆弱的科学基础上的)。然而,放弃这一行动的真正原因更为务实。额叶切除术的衰落始于对手术有效性的质疑,尤其是在治疗精神分裂症等特定疾病方面。人们还认识到,某些类型的认知,如动机、自发性和抽象思维,在这个过程中受到了不可弥补的损害。最后一根钉在脑叶切除术棺材上的钉子是精神药物的发展,比如氯丙嗪,它第一次为临床医生提供了治疗棘手的精神障碍病例的药理学选择。

现在对我们来说很容易看看洛越术的做法,因为缺乏野蛮,而嘲笑似乎是一个巨大的科学解释,为什么这个程序应该工作。然而,在他们的时间背景下看看科学史上的这样的问题是重要的。在一个有效的精神病毒中不存在的年龄,心理学干预措施被视为“未来的浪潮”。他们为治疗疾病的可能性提供了一种常见和潜在的衰弱的疾病的可能性。虽然Lobotomy的方法似乎太不选择性(意味着这种严重的脑损伤不太可能影响我们一个精神教师),但下降额叶活动的想法可能会减少精神骚动的实际基于可用的科学文学当时。

尽管如此,很明显,试图通过造成重大脑损伤来治疗精神疾病的决定在多个层面上代表了逻辑的失败。当我们今天讨论神经科学时,我们常常认为我们犯下如此严重错误的日子已经过去了。虽然我们从脑叶切除术开始就取得了一定的进步(特别是在保护患者免受此类未经测试和危险治疗的保护措施方面),但我们与神经科学史上这段肮脏的时间在时间上距离还不远。今天,关于大脑的未知比已知的还要多,因此我们在思考大脑功能、神经科学实验方法等方面会继续犯重大错误。

其中一些错误可能只是避免了解难题的自然人方法。例如,当我们遇到一个复杂的问题时,我们通常首先尝试通过设计一些描述它的直接方式来简化它。一旦达到了基本升值,我们就会增加这一基本知识,以发展更彻底的理解 - 以及更有可能是更好地逼近真理的理解。然而,当使用的尝试以复杂为神经科学时,对受试者的过度简单的概念化可以生育无数错误假设。在科学中,这些类型的错误可以在历程中找到途中的历程前几年来领域误入歧途。

其他错误涉及研究方法。由于过去半个世纪中发生的神经科学的技术进步,我们为我们提供了一些真正惊人的神经科学研究工具,这将仅仅是100年前的科幻小说。然而,关于这些工具的兴奋导致了研究人员在某些情况下,在我们完全准备这样做之前开始利用它们。这导致了使用尚未回答我们可以解决的问题的方法,并为我们提供了我们有时无法准确解释的结果。在接受我们获得合法的答案中并假设我们对结果的解释有效,我们可能会犯任何可能会发生故障发展的错误。

20世纪和21世纪的神经科学进展并没有任何心灵令人难以置信,我们在理解远远超过我们的长期失败时取得成功。然而,任何科学领域都有错误,神经科学没有什么不同。在本文中,我将仅讨论误解和误解如何影响神经科学领域的进展情况的一些例子。

________________神经递质

如今神经元使用信号分子神经递质彼此沟通是那些科学知识之一,即使是非科学家们普遍闻名。因此,这种理解小于100岁可能有点令人惊讶。这是1921年德国科学家Otto Loewi首先展示了当刺激时,迷走神经释放可影响附近细胞活性的化学物质。几年后,亨利戴尔被隔离,并决心是乙酰胆碱(此时已经鉴定的物质,仅作为神经递质的物质)。然而,直到20世纪中叶,那它被广泛接受了神经递质在整个大脑中使用.发现其他神经递质的发现和神经肽类将在20世纪下半叶分散。

当然,每次发现一种新的神经递质(或神经肽等其他信号分子)时,科学家们想要回答的第一个问题是“它在大脑中扮演什么角色?”回答这个问题的方法通常涉及到某种程度的简化,因为研究人员似乎在寻找一个最重要的功能,可以用来描述神经递质。结果,通常神经递质发现的第一个真正有趣的功能就是定义它的方法。

渐渐地,对神经递质的发现功能变得如此不同,它不再是合理的一个主要作用重视它,研究人员正在被迫通过引入新的发现来修改他们的神经递质的功能的初步解释。有时它是后来发现与神经传递介质的原有功能甚至不匹配以及与化工实际上是负责大脑的任务。有观点认为,神经递质的一项主要功能,但可能很难说服人们忘记。这将成为一个问题,因为不准确的概念可能导致多年的研究寻找证据支持的神经递质特定角色,而虚拟角色可能被误解---或完全错误的。

神经肽催产素提供了这种现象的良好示例性案例。催产素的历史始于上述相同的亨利戴尔。1906年,戴尔发现牛垂体提取物能加速子宫收缩当施用于各种哺乳动物时,包括猫,狗,兔和大鼠。这个发现很快导致探索使用类似提取物来帮助人类分娩;人们发现,他们可以在促进劳动力这是进展缓慢特别有用。其对分娩的影响将是其中的催产素赢得了它的名字,它是从希腊字派生出来的“快速诞生。”

直到研究人员能够在实验室合成催产素,临床才广泛使用催产素。但在那之后的50年代,催产素成为最常用的引产剂在世界各地(商品名催产素和Syntocinon出售)。然而,尽管催产素扮演如此重要的角色妊娠的显着百分比今天,在过去几十年中,催产素的绝大多数研究和相关新闻涉及激素的巨大功能:爱情,信任和社会粘合。

这一研究可以追溯到20世纪70年代,当时研究人员发现催产素可以到达整个大脑的目标,这表明它可能在行为中发挥作用。不久之后,研究人员发现催产素注射可以提示原始的雌性大鼠表现出母体行为喜欢筑巢。研究人员随后开始探索催产素可能参与各种社会互动从性行为到攻击行为。在20世纪90年代早期,一些关于催产素对形成社会关系的潜在贡献的发现是从一个不常见的物种中出现的:草原田鼠。

草原田鼠又是;图片由巡逻的草原田鼠提供。

大草原葡萄酒。图片由Theerdpatrol提供,(草原沃勒斯Omsi)。

大草原田鼠是一个小北美啮齿动物,看起来像Gopher和鼠标之间的杂交。除了社会生命的一个不寻常的特征外,它们是一个不起眼的动物:它们形成了似乎主要是与异性群体的单一长期关系。这在哺乳动物中并不常见,因为估计只是介于之间的某个地方不到3%至少于5%的哺乳动物物种展示单少米的证据

一般啮齿动物物种创造了一个有趣的机会,可以在实验室学习一少世。研究人员了解到,女性草原批量开始表现出男性的偏好---一种可以导致长期附件的偏好---在同一个笼子里只花了24小时作为男性。也有人指出,政府的催产素使女性更有可能产生这种偏好对于雄性渣,并用催产素治疗拮抗剂使它不太可能.因此,催产素被认为是在草原田鼠中形成异性恋社会债券的关键部分 - 这是一个发现,这将有助于发动催产素参与社会粘合和其他女性行为的洪流。

当研究人员从草原群等啮齿动物转变为试图了解催产素可能在人类中发挥的作用时,建议催产素的研究结果促进人们的积极情绪和行为开始积累。例如,催产素施用,被发现增加了信任.较高水平的人观察催产素显示更大的同情心.发现催产素给药让人们更慷慨并推广忠实于长期合作关系s。一项研究甚至发现抚摸狗与催产素水平增加有关---无论是人还是狗.由于大量的研究结果表明催产素对社交有积极的作用,这种荷尔蒙获得了一系列新的绰号,包括爱激素,信任激素,甚至是拥抱荷尔蒙

这些新发现的催产素的社会作用让研究人员兴奋不已,他们急切地——也许是冲动地——开始探索催产素缺失在精神疾病中的作用,以及通过催产素管理来纠正这些缺陷的可能性。在这方面,有一种疾病得到了不成比例的关注,那就是自闭症谱系障碍,或自闭症。催产素缺乏似乎是对自闭症的合理解释,因为社交障碍是自闭症的定义特征,而催产素似乎能促进健康的社交行为。然而,当研究人员开始深入研究血液中的催产素水平与自闭症之间的关系时,他们发现没有发现似乎是直接关系.没有进入,调查人员探讨了鼻腔鼻腔 - 催产素 - 这涉及将神经肽喷射到鼻腔通道中 - 在患者症状上。最初,有适应症intanasal催产素可能是改善自闭症症状有效(下面将详细介绍)。

然而,不久,一些人开始质疑,如果围绕“信任激素”的所有兴奋导致研究人员对实验设计进行仓促决定,对于使用鼻霉素给药的鼻内方法的所有研究使用不是---并且仍然没有---完全验证。研究人员转向鼻内管理方法,因为催产素进入血液没有穿过血脑屏障吗在数额可观;然而,有迹象表明神经肽确实通过鼻内路线使其进入大脑.然而,问题是,即使通过鼻内递送很少的催产素达到大脑 - 根据一次估计仅估计.005%的施用剂量.即使使用非常高的剂量,也会通过鼻内输送到达大脑似乎与必须施用的催产素的量相当直接进入大脑(颅内瓣道)的动物以影响行为。

但很多研究表明了一种效果,所以这里真的发生了什么?一种可能性是由于催产素对中枢神经系统的影响,但由于催产素进入血流并与大量的催产素受体相互作用外周神经系统;如果是真,这将意味着外源性催产素没有对大脑研究人员的影响已经假设。另一个关于可能性的另一个关于鼻内催产素的作用的许多研究患有方法论问题,如如何分析数据的统计方法。

的确,对一些开创性论文的统计方法的批评在这个领域已经公开了。最近的审查也发现了鼻内催产素的研究通常样本量小;小型研究的重大发现更有可能是统计偏差,而不能代表真实的效果。也有可能研究整个区域被发表偏倚的影响,这是发布研究报告的趋势,这些报告观察重大结果,同时忽视发布未能看到任何显着效果的研究报告。这似乎可能是一种必要的邪恶,因为读者更有可能感兴趣地学习新发现,而不是产生没有的实验。然而,忽略非重要发现可能导致夸大了观察到的效果的重要性,因为可用的文献似乎没有相互矛盾的证据(即使这些证据可能存在于全世界的研究人员的文件抽屉中).

这些潜在的问题被不一致的研究结果和重复研究的失败所强调,这些研究报告了鼻内催产素的显著效果。例如,一项关于鼻内催产素的最有影响力的研究发现催产素增加了信任, 已复制失败几次。在许多情况下,在初始报告显示出显着效果后,已经出现了空的研究结果。例如,上述早期自闭症研究的结果被多次随机对照试验相矛盾(见这里这里),但据报道缺乏显著的治疗效果。

不足为奇的是,多年来,人们对催产素作为一种促进积极情绪和行为的神经肽的简单理解也变得更加复杂,因为人们了解到,催产素的效果可能并不总是那么美好。例如,在一项研究中,研究人员观察到鼻内催产素是增加嫉妒和幸灾乐祸的相关.另一个研究发现催产素会增加民族优越感,或认为自己的种族或文化优于他人的倾向。在最近的一项研究中,鼻内给催产素增加攻击行为.更复杂的是催产素对男性和女性的影响可能不同并且甚至可能是不同的个人和不同的环境背景

为了解释这些不一致的发现,研究人员对催产素在社会行为中的作用提出了新的解释。例如,有一种假设认为催产素参与促进反应性到任何重要的社会线索---无论是正的(例如微笑)或负(例如侵略);这有时被称为“社会显着性”的假设。尽管有这样的最近努力调和看似矛盾的结论催产素的研究,但是,仍然没有达成共识,以催产素的作用,而催产素参与积极的社会行为的假设继续引导广大的研究在这区域。

因此,多年来,对催产素的研究一直集中在神经肽的作用上,往好了说,是耸人听闻的,往坏了说,是有严重缺陷的。催产素只是这种现象的最新例子。在1990年代,多巴胺赢得了“愉悦神经递质”的美誉。不久之后,5 -羟色胺被称为“情绪神经递质”。这些名称是基于与这些神经递质有关的最引人注目的发现:多巴胺参与处理奖励刺激,血清素是治疗抑郁症的目标。

但是,现在我们了解更多关于这些物质的信息,很明显这些功能的空间太简单。多巴胺和血清素不仅仅是奖励和情绪的涉及得多,而且也是这两个神经递质在奖励和情绪中的角色似乎非常复杂,理解得很差。例如,大多数研究人员不再思考多巴胺信号传导原因快乐,但它与其他复杂的难忘经历有关,比如重要的刺激识别在环境中---无论是积极的(即奖励)或消极.同样地,单独的血清素水平不确定心情现已成为常识在科学界(也在公众的认知中)。因此,这些简短易记的标题具有误导性,而且有些无用。

在将一种功能分配给一个神经递质或神经肽时,我们忽略了重要的事实,如这种神经化素通常具有多个受体它们的作用亚型,有时会产生截然不同的效果。而且我们忽略了大脑的不同区域对每种神经化学物质有不同程度的受体,并且可能优先使用一种受体亚型而不是另一种——导致不同的大脑区域具有不同的活动模式,具有不同的功能专一。再加上受体激活的所有下游效应(取决于受体的亚型、它被发现的大脑区域等,这些效应会显著不同),你就有了一个极其复杂的画面。试图用一个函数来概括是可笑的。

这些简化方法不仅阻碍了对大脑的更完全了解,它们会导致浪费无数小时的研究和美元研究资金,追求可能必须在更加精细的东西中更换的想法。无论如何,科学中的这种简化似乎是为目的提供目的。我们的大脑倾向于这些解释事物的直接方式 - 可能是因为没有一些可理解的框架来开始,了解像大脑似乎是一个赫拉利亚的任务。但是,如果我们要利用这种方法,我们至少应该更加了解我们的倾向。通过认识到,当涉及到大脑时,我们所说的故事几乎总是比我们倾向于相信的更复杂,也许我们可以避免犯下我们过去的过度简化的错误。

精神治疗药物和他们纠正的缺陷

在20世纪50年代之前,精神病患者的治疗看起来与今天的方式不同。如上所述,不确定的神经外科,如经肾性裂解术,被认为是一种可行的方法,用于治疗从恐慌症到精神分裂症的疾病。但裂开术只是当时使用的潜在危险干预措施中的许多潜在危险干预措施中的一般性少量,这一点几乎没有改善大多数患者的心理健康。药理治疗并没有更精致,并且通常涉及使用简单地致力于强大的镇静剂的药剂,以使患者的行为更易于管理。

然而,20世纪50年代,当新一波的药物成为精神病治疗的一部分时,情况开始发生巨大变化。第一批治疗精神分裂症的抗精神病药、第一批抗抑郁药和第一批治疗焦虑和失眠的苯二氮卓类药物都是在这十年中发现的。一些将20世纪50年代称为“黄金十年”精神药理学,以及随后几十年的“精神药理学革命”,因为在这段时间里,精神药物的发现和发展将呈指数级进步;很快,药理学治疗将成为治疗精神疾病的首选方法。

二十世纪下半年新精神病药物的成功作为一个惊喜,因为这些药物被用于治疗的障碍仍然很清楚。因此,通常通过试验和误差过程发现药物是有效的,即,测试尽可能多的物质,最终可能会找到一个治疗这种情况的物质。由于关于这些疾病的生物学原因,如果发现具有已知机制的药物有效治疗具有未知机制的疾病,则常常会导致疾病的假设是有效的,因此疾病必须是由于紊乱的假设在受药物影响的系统中。

抗抑郁药是这一现象的主要例子。在20世纪50年代之前,对抑郁症的生物学理解基本上是不存在的。当时关于抑郁症的主流观点是精神分析——抑郁症是由一个人性格中敌对方面的内部冲突引起的,这些冲突通常被认为是由一个人早年经历的麻烦或创伤经历的内在化所造成的。唯一一种非精神分析的治疗方法是对电休克疗法(electroconvulsiveshocktherapy)了解甚少且通常不成功的治疗方法在某些情况下实际上是有效的巴比妥类药物和安非他明类药物似乎没有针对抑郁症的任何特定目标,而是分别引起广泛的镇静或刺激。

第一批抗抑郁药是偶然发现的。依普罗尼嗪是第一批专门用于治疗抑郁症的药物之一,另一种是丙咪嗪,它的发现和首次临床应用几乎与依普罗尼嗪同时进行,这就是一个很好的例子。在20世纪50年代早期,研究人员正在研究一种叫做联氨的化学物质,并研究其抗结核病的衍生物(结核病在当时是一种祸害,测试任何化学物质治疗结核病的潜力都是常规)。有趣的是,如果德国人在第二次世界大战期间没有使用联氨作为火箭燃料,联氨衍生物甚至可能从未被测试过,从而导致大量的剩余物资在战争结束后被发现并出售在便宜的药品公司。

1952年,在纽约史丹岛海景医院的结核病患者上测试了一种称为Iproniazid的肼衍生物。虽然药物似乎没有优于治疗结核病的其他抗结核剂,但在这些初步试验中注意到了一种奇怪的副作用:采用IPRONIAZID的患者展示了增加的能量和情绪的显着改善。一名研究员报道那个患者在他们的肺部里有洞里有“跳舞”。虽然起初很大程度上被忽视了Iproniazid治疗的“副作用”,但最终研究人员对这种药物的情绪增强效果和本身的效果感兴趣;在十年结束之前,药物用于治疗抑郁症患者。

大约在第一批抗抑郁药物发现的同时,一种叫做分光荧光法正在开发中。这项技术使研究人员能够检测到神经递质水平的变化单胺(例如,多巴胺,血清素,去甲肾上腺素)给动物施用药物(如百醛)。分光光度氟化物允许研究人员确定IPRONIAZID和IMIPRAMINE对单明石产生影响。具体地,这些抗抑郁药的给药与血清素和去甲肾上腺素水平的增加有关。

这个发现导致了抑郁症的第一生物学假说这表明抑郁症是由血清素和/或去甲肾上腺素水平不足引起的。起初,这一假说主要关注去甲肾上腺素,并被称为“去甲肾上腺素抑郁症的假说。”然而,后来,部分由于抗抑郁药物的有效性被假定为更明确地针对血清素系统,重点将更多地放在血清素在抑郁症中的作用,“抑郁症的血清素假说”将成为最广泛接受的抑郁症观点。

血清素假设不仅要获得科学界,而且还致力于频繁转诊于抗抑郁药的药物广告中的血清onerogic机制——由广大公众。它将指导多年的药物开发和研究。然而,当血清素假说达到鼎盛时期时,研究人员也发现,它似乎并没有讲述整个故事病因学抑郁症。

5-羟色胺假说出现了一些问题。一个是抗抑郁药物需要数周的时间才能产生治疗效果,但它们的疗效并不理想对血清素水平的影响似乎在数小时内就发生了管理后。这表明,至少除了增加血清素水平之外的一些机制涉及药物的治疗效果。其他质疑假设的研究也开始积累。例如,实验耗尽人类的血清素未发现造成抑郁症状

现在有一个很长的实验结果清单,质疑血清素和去甲肾上腺素能假设(实际上,研究领域也涉及进一步泥泞有证据表明抗抑郁药物可能并没有那么有效).显然,单胺水平的变化是大多数抗抑郁药物的作用,但似乎血清素或去甲肾上腺素水平与抑郁之间没有直接关系。至少,该机制必须有另一个组件。

例如,有人提出5-羟色胺水平的增加与促进神经发生有关(新神经元的诞生)在海马中,这是一个重要的大脑区域,用于调节压力反应。但最近的研究人员还开始显着偏离血清素假设,这表明抑郁症是不同的抑郁症。例如,更新的假设专注于谷氨酸系统的作用在抑郁症的发生。

抑郁症的血清素假设是基于假设治疗疾病的药物的主要机制必须纠正导致疾病的主要功能障碍的原因是制定的精神病疾病生物原因的许多假设之一。使用相同的逻辑来设计精神分裂症的多巴胺假说.和低唤醒假说注意缺陷多动障碍。这两种假设都是在一个点分别为精神分​​裂症和多动症,最常用吹捧的解释,但现在通常被认为是过于简单化了(至少在原来的配方)。

逻辑用于构造这样的假设有点重复:药物增加B和C对待障碍,因此障碍C B缺乏引起的。它没有认识到B可能只是一个因素影响一些下游目标,D,因此药物的影响可能以不同的方式实现,这只是其中之一。它未能认识到神经系统的复杂性,以及可能与精神疾病发病有关的众多因素。这些因素不仅包括神经递质,还包括激素、基因、基因表达、环境方面,以及一系列其他可能的影响因素。精神病学的复杂性可能意味着,像抑郁症这样的疾病的发展有几乎难以想象的多种途径,而我们对主要途径的理解可能仍处于非常初级的水平。

因此,当我们简化这种复杂问题时主要在一个神经递质的水平上休息,我们正在制作类似类型的错误,如本文的第一部分所讨论的,但也许甚至更加反冲。对于将精神病患者简化为“一个神经递质”的错误是影响不仅影响神经科学的误差,而且影响这些疾病的患者的心理和身体健康。这些患者中的许多患者都是规定的精神药物,假设它们的疾病足够简单,通过调整一些“化学不平衡”来修复;也许这并不奇怪精神类药物对数量惊人的患者无效.许多患者继续服用此类药物 - 有时甚少效益 - 尽管经历了显着的副作用。因此,在该领域甚至更必要地远离寻找基于已知机制的简单答案,并在更令人恐吓和未知的水域中冒出来。

我们对功能性神经影像学的信心

作为创造脑活动图像的方法正电子发射断层扫描(宠物)和功能磁共振成像fMRI是在20世纪下半叶发展起来的,可以理解,它在神经科学家中引起了极大的兴奋。这些方法使神经科学实现了曾经被认为是不可能的事情——能够(接近)实时地看到大脑中发生了什么。通过监测脑血流量使用功能磁共振成像等技术,可以告诉哪些大脑区域接收最血,乃至哪些地区最活跃的神经——当有人执行一些操作(如完成记忆任务,想亲人,查看奖励或厌恶刺激的照片,等等)。

这种神经化学方法,最终允许研究人员在结构和功能之间汲取关于难以捉摸的联系的结论,被称为功能性神经元。功能性神经成像方法在过去几十年中可预见到神经科学中最受欢迎的研究工具。FMRI在开发后很快超过了宠物作为功能性神经模仿的首选工具(由于各种因素包括更好的空间分辨率和较少的侵入性方法),并且已经是选择的调查方法在超过40,000名发布研究中自1990年代以来。

功能性神经成像——尤其是功能性核磁共振成像(fMRI)——解开大脑无数秘密的潜力不仅引起了研究人员的兴趣,也引起了大众媒体的兴趣。媒体很快意识到,功能磁共振成像的研究结果可以简化,结合一些彩色的脑部扫描图像,并向公众出售,作为理解大脑哪些部位负责某些行为或行为模式的巨大飞跃的代表。这些研究的简化导致了难以置信的断言,复杂的行为和情感模式就像宗教嫉妒主要来自大脑的一个区域。

幸运的是,这波哗众哗众的热潮已经平息了一些,因为许多神经科学家一直在批评这种过度简化的做法,因为它传播了关于大脑的谎言,并歪曲了功能性神经成像的能力。然而,反对将功能磁共振成像结果过于简化的论点,往往也是反对将结果过于简化本身的论点。假设方法没有缺陷,但解释有缺陷。然而,越来越多的研究人员断言,不仅报告的神经成像实验结果容易被误解,而且它们往往是完全不准确的。

与脑功能成像的一个主要问题涉及如何从这些实验数据的处理。在磁共振成像中,例如,该装置通过将大脑的图像分成数以千计的称为体素小3-d立方体创建脑的表示。每个体素可以代表超过一百万神经元的活动.然后,研究人员必须分析数据,以确定哪些体素表明血流量较高,这些结果被用来确定大脑的哪些区域最活跃。然而,大脑的大部分时刻都是活跃的,所以研究人员必须在另一个任务中比较每个体素的活动和该体素的活动,以确定在他们感兴趣的任务中,某个特定体素的血流量是否更高。

由于数据量巨大,在确定在特定体素中观察到的血流是否代表基线以上活动的任务中出现了问题。每一个FMRI图像可以包括40,000至500,000个葡萄素的任何地方,取决于机器的设置,每个实验涉及许多图像(有时数千个),每个图像都分开了几秒钟。这会产生称为多重比较问题的统计并发症,它基本上指出,如果您执行大量测试,则更有可能逐一找到一个重要的结果,而不是仅执行一次测试。

例如,如果你翻转一个硬币十次,那么你会非常不可能得到尾九次。但是,如果您翻转了50,000个硬币十次,那么您将更有可能看到结果至少在一枚硬币里.硬币翻转结果是在实验术语中,我们会称为假阳性。如果您正在使用典型的硬币,那么九篇翻转中的九条尾巴并没有告诉你关于硬币的固有品质的东西 - 它只是一个偶然发生的统计像差。当研究人员在涉及FMRI研究中的有时比较(活性和基线体素之间)时,更有可能发生相同类型的事情。独自偶然,他们可能有些人似乎似乎表明了显着的活动。

大西洋鲑鱼死亡的功能磁共振成像图像。摘自Bennett等人(2009)。

大西洋鲑鱼死亡的功能磁共振成像图像。摘自Bennett等人(2009)。

这个问题是举例的一组研究人员进行的实验在2009年的一项研究中,研究人员对一条死去的大西洋鲑鱼(是的,就是这种鱼)进行了功能磁共振成像扫描。科学家们对鲑鱼进行了功能核磁共振成像扫描,并向它展示了一组人们在不同社交场合的照片。他们甚至问了鲑鱼——还是一条死鱼——照片中的人正在经历什么情感。当研究人员在不纠正多重比较问题的情况下分析数据时,他们观察到一个奇迹:死鱼的大脑活动似乎表明它在“思考”照片中描绘的情绪。当然,这并不是真正的情况;相反,由于多重比较问题而出现的假阳性结果,使鱼的大脑看起来好像有真实的活动在发生,而显然并没有。

salmon实验表明,在分析功能磁共振成像数据时,多重比较问题是多么严重。然而,到目前为止,这个问题是一个众所周知的问题,大多数研究人员在统计分析他们的神经影像数据时都以某种方式纠正了这个问题。然而,即使在今天,也不是所有人都这样做241个fMRI研究2012年审查发现,其中的41%,作者没有报告进行任何调整来解释多重比较问题。尽管有意识地试图避免多重比较问题,但仍然存在一个问题,即它们在产生可靠结果方面有多有效。

例如,为应付多重比较问题的一种方法这已成为流行的功能磁共振成像研究中被称为聚类.在这种方法中,只有当相邻体素簇一起活跃时,才有足够的理由认为大脑的某个区域比基线更活跃。这里的部分理由是,如果一个结果是合法的,它更有可能涉及活跃体素的聚集,因此,通过集中在集群而不是单个体素,可以减少假阳性的可能性。

群集的问题是它似乎并不总是很好地工作。例如,今年发表的一项研究分析fMRI数据从接近500个受试者使用三个最受欢迎的FMRI软件包,发现聚类的一个常见方法仍然导致了误报率高达70%。因此,即使研究人员占据了多重比较问题,结果似乎似乎似乎激发了观察到的效果是真实的,而不仅仅是大脑活动中随机波动的结果。

这并不是说功能磁共振成像数据不可信,或者功能磁共振成像不应用于探索大脑活动。相反,它表明需要更加小心,以确保功能磁共振成像数据得到妥善管理,避免得出错误结论。然而,不幸的是,功能磁共振成像的困难并非始于多重比较问题。许多的FMRI研究也患有小型样本尺寸.这使得检测真实效果更难,并且当观察到某些效果时,它也意味着它更可能是假阳性的。另外,这意味着当观察到真实效果时,效果的尺寸更可能被夸大。一些研究人员也有从发表偏倚认为,神经影像学研究遭罪这进一步夸大了任何重大发现的重要性,因为相互矛盾的证据可能无法公开获得。

总而言之,这表明在进行和解释FMRI实验的结果方面,需要更加谨慎。FMRI是一种惊人的技术,在帮助我们更好地理解神经系统方面提供了极大的承诺。然而,功能性神经影像是一个相对年轻的领域,我们仍然学习如何正确使用像FMRI这样的技术。然后,它是预期的,然后---与任何新技术或最近开发的字段一样 - 当我们对如何获取数据和解释结果的最佳实践产生欣赏时会有一个学习曲线。因此,虽然我们继续学习这些东西,但在评估功能性神经影像学实验的结果时,我们应该使用相当大的克制和危重眼睛。

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在过去几个世纪过去几个世纪的神经科学进展改变了对人类意味着什么的理解。在那段时间内,我们了解到,人体状况与颅骨悬浮在脑脑脊柱液中悬浮在脑脊液中的这种细菌的细菌。我们发现影响我们行为的大多数痛苦起源于那种组织,然后我们开始弄清楚如何操纵大脑活动的方法---通过管理自然和人为的各种物质 - 治疗这些痛苦。我们制定了在发生大脑中观察大脑活动的能力,使得了解人类曾经被认为无法阻碍的大脑功能的进步。并且在神经科学中存在许多研究工具,仍在精制,但在未来50年中,这仍然存在更大的突破。

一路上所犯的错误是可以预期的。作为一门学科的发展,明确知识的积累不遵循直线轨迹。相反,它涉及到一个准确的见解,然后在黑暗中摸索周围制造另一个真实扣除前一段时间。神经科学是没有什么不同。虽然我们看得起我们目前在该领域所掌握的知识的倾向,很可能是在时间上它仍然有错误出没的任何一点。我们的目标是不是达到完美在这个意义上,而仅仅是为了保持认识到这样做是不可能的。通过认识到,我们永远不知道,虽然我们认为我们知道,通过频繁地评估其接近的理解是带坏我们,我们更有可能在真理的近似值到达。

参考(除了上面的链接文本):

神经科学的起源。纽约:牛津大学出版社;1994.

Lopez-Munoz,F.,&Alamo,C。(2009)。单氨酰胺能神经递质:从20世纪50年代发现抗抑郁药的历史直到今天目前医药设计,15(14),1563-1586 Doi:10.2174 / 138161209788168001

瓦伦堡,es。伟大而绝望的治疗:心理学和肌肉疾病的其他激进治疗的兴起和下降。纽约,纽约:基本书,公司;1986年。

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