Мозг против мозга. Mind vs brain: читать начало книги онлайн

Мы массово столкнулись с этим еще в 80-х годах, при исследовании импульсной активности нейронных популяций и вызванных потенциалов у человека. У одного из моих друзей в кабинете была стена, обклеенная графиками с прекрасными реакциями, но, увы, недостоверными. Эта важная для электрофизиологии проблема приобрела колоссальное значение при исследованиях с помощью позитронно-эмиссионной, функциональной магнитно-резонансной и компьютерной томографии. Здесь одновременно проверяются тысячи вокселей, причем заведомо неизвестны ни свойства распределения регистрируемого в них сигнала, ни пространственная корреляция. По сути, прямой и ясный метод статистической обработки, применимый во всех случаях, фактически отсутствует. Именно поэтому анализ таких данных довольно громоздок и сложен, что автоматически привело к резкому увеличению числа малограмотных работ. Дело в том, что достаточно мало людей с нетехническим образованием дают себе труд разобраться в том, как устроены эти методы. Но самое кошмарное: они считают, что разобрались.

Недавно я был на семинаре, где молодой специалист начала свой доклад с того, что объясняла аудитории (преимущественно психологам), как устроены ПЭТ и МРТ. Это объяснение было таким, что мне пришлось в конце заседания высказать пожелание, чтобы она, пока не изучит вопрос, никогда бы его не касалась. А понимание того, как устроен прибор (конечно, не технических деталей, а базовых принципов), критически важно не только для корректного использования методов обработки сигнала, но и вообще для понимания результатов. Поэтому практически все ее результаты оказались даже не недостоверными, а просто не результатами. В ответ на замечания был стандартный ответ: у нас не было нужного оборудования, поэтому мы сделали так, как получилось.

Зачем знать, как устроен прибор? Да затем, что нужно понимать, что он может измерить, а что – нет. Некоторые вещи данный прибор не может измерить в принципе. Например, когда мы под руководством Н.П. Бехтеревой начали исследовать феномен творчества, то первые результаты на ПЭТ были довольно скромными. И только проведя ЭЭГ-исследования, мы поняли, что происходила активация всего мозга, которая принципиально не может быть обнаружена на ПЭТ нашими методами. Но мы показали это, только досконально зная детали обработки и получения данных. И таких ошибок достаточно много.

Я не стал бы писать об этом, если бы подобные ситуации в многоканальных ЭЭГ-, ПЭТ-, фМРТ-исследованиях не стали регулярными. И при двадцати одном канале математическая обработка ЭЭГ была достаточно сложной, и ошибки были довольно распространены. Радикальное увеличение количества каналов, повоксельное описание мозга на порядок усложнили эту обработку. Мы все еще вынуждены пользоваться методом накопления и дальнейшего статистического оценивания результатов. Но практически все эффективные методы требуют достаточно жестких ограничений на свойства сигнала, которые, как правило, не выполняются, или же проверить их выполнение довольно трудно.

К сожалению, повторяю, мы не знаем самого главного – статистических свойств сигнала, то есть как статистически связана активность в различных вокселях или на электродах, в какой степени процессы в точке зависят от истории процесса. И так далее. Поэтому необходимо детальное понимание физики и физиологии явления, для того чтобы разобраться, что же мы реально видим. Часто пренебрегают поправками на множественность испытаний, то есть на то, что если мы допускаем 5 % ошибок, то в пяти случаях из ста получим ошибочные активации.

Хорошо известен пример с фМРТ форели, у которой в мозге были обнаружены активации на эмоционально значимые стимулы. Единственный «недостаток» исследования заключался в том, что форель была мертвой! Недавно я был на одном семинаре по фМРТ, где только один(!) доклад не содержал грубых ошибок в обработке материала. И эти доклады были опубликованы в приличных журналах!

Мистификация эмоционального ответа у мертвой форели. (Опубликовано: Journal of Serenditous and Unexpected Results / Журнал случайных и неожиданных результатов. 2010)

Следует, однако, заметить, что за последние десятилетия эти вопросы не только активно обсуждались, но были предложены (и продолжают развиваться) более или менее работающие конкретные методы учета указанных особенностей регистрируемого сигнала.

Ситуация повторяется. Я помню довольно агрессивный спор в нашей лаборатории в середине восьмидесятых. Самописец (тогда у нас не было ничего другого) зарегистрировал маленький пик после предъявления стимула. Получивший этот пик исследователь с пеной у рта доказывал, что это реакция. Ему возражали, что, возможно, это случайность. Тогда он взял линейку, померил высоту пика и сказал: «Какая случайность? Семь миллиметров». В то время большинство исследователей свято верили в силу так называемого глаза физиолога, который запросто отличит артефакт от реакции. «Ну вы же видите этот пик! – Да, но на повторном графике его нет. – Ну и что?»

Сейчас методы статистического оценивания стали неизмеримо более сложными. Для того чтобы их полностью понять, надо быть математиком. Но где же взять столько математиков на подхвате? Поэтому очень многие исследователи применяют пакеты обработки, не очень вдаваясь в то, что делает каждый пакет. И часто, получив в промежутке красивый результат (как с форелью), заканчивают дальнейшую обработку и публикуют его. В результате научная литература буквально наводняется некорректно полученными данными, что попросту обесценивает предлагаемую дальнейшую их интерпретацию, которая при соблюдении всего лишь формальных и довольно несложных правил могла бы внести существенный вклад в понимание изучаемых физиологических процессов.

Приведем данные одного из самых высокорейтинговых журналов. При оценке фМРТ одной из повторяющихся и обескураживающих ошибок является анализ количества вокселей в качестве сравниваемых переменных. Результат такого сравнения не имеет никакой физиологической основы. Такой «феноменологический» анализ получаемых фМРТ-изображений не отражает действительного положения дел. Первое впечатление таково, что «активации» у данного испытуемого в одном и другом речевом тестовом задании вроде как разные. Однако прямая статистическая проверка, которая учитывает статистические свойства сигнала, показывает, что этой разницы нет! А теперь представьте, если мы возьмем 16 таких испытуемых, посчитаем и сравним количество вокселей (так называемую площадь активации) при одном и другом тестовом задании, то, применив любой статистический тест, получим значимую разницу, что попросту не соответствует действительности. Все потому, что мы не учли важных статистических свойств сигнала.

Попробуем разобраться, почему сложилась такая ситуация. Мне кажется, причина – в «обожествлении» ПК. Он все знает. Поэтому достаточно нажать на нужную кнопку – и дело в шляпе. А это, в свою очередь, происходит от низкой квалификации научных работников. Сейчас нам аукается ситуация с массовым отъездом молодежи на Запад в минувшие годы и, будем честны, с резким снижением качества образования в наших университетах. В частности, многие молодые исследователи не умеют применять знания общих законов природы (даже если они их усвоили) в конкретной работе, а также (и это общая беда) они не знают работ своих предшественников, в массе считая, что условно до 2000 года науки вообще не было.

Примеры появляются ежедневно. Из интервью одного профессора, перепечатанное еще и в новостях факультета психологии ВШЭ, озаглавленное «Традиционные представления о восприятии языка неверны». Суть сделанного им «нового открытия» в том, что речевые области, «оказывается», не ограничиваются областями Брока и Вернике. С конца 1980-х трудно найти психофизиолога, который в этом сомневался бы!

Далеко не все, особенно ученые средних способностей, хорошо устроились «там». Сейчас начался обратный процесс. Люди по разным причинам возвращаются. Проблема в том, что на Западе они работали на самых современных приборах, но, как правило, их роль была подчиненной. Они научились нажимать на кнопки и получать сырые данные. Но они считают, что обладают достаточной квалификацией, чтобы учить наших специалистов, которых действительно не хватает, чтобы освоить появившиеся в России в большом количестве новые приборы. Дальнейшее логично. В стране слепых и кривой – король. Кроме этого, есть люди, воспитанные новыми университетами, которые не обременяют себя лишними знаниями, полагая, что не боги горшки обжигают. Интересно, пробовал ли кто-нибудь сделать горшок?

Они получают данные и интерпретируют их с завидной легкостью. У них нет ни культуры организации психофизиологического эксперимента, ни хотя бы поверхностного знания методов обработки. Создание психологического теста или задания – это практически половина исследования, если не больше. При создании теста необходимо досконально знать и особенности прибора, и правила психологического тестирования человека. Но даже в этом умудряются совершать ошибки, которые влияют на интерпретацию результатов.

Например, в одном докладе пытались исследовать достаточно тонкие свойства глаголов. Испытуемому предъявляли картинки, которые изображали соответствующие действия. Например, человек лопатой копает землю – глагол «копать». Но в качестве контроля показывали картинки, изображающие другие глаголы (здесь не место вдаваться в лингвистику). Проблема в том, что некоторые картинки были эротическими (как мне сказала докладчица – «чтобы заинтересовать испытуемого»). Очевидно, что тонкая разница в обработке глаголов совершенно забивалась естественной реакцией.

Многие исследователи не понимают, ЧТО именно они получают в процессе измерения. Дело в том, что карты мозговых реакций, которые мы публикуем, – это карты не реального изменения мозгового кровотока, а распределения вероятности статистически значимого ответа в данном вокселе. Это не физиологический, а математический параметр; правила обращения с ним должны быть совершенно другими.

На упомянутом семинаре лекцию, посвященную принципам МРТ, читал кандидат биологических наук, а методы фМРТ – кандидат психологических наук. А ведь это вопросы, достаточно сложные и математически, и физически; правильно и доступно их может объяснить только человек, имеющий соответствующее образование.

Я не хочу утомлять читателя различными примерами: их число довольно велико и все они вызваны псевдознаниями исследователей. Люди используют сложнейшую технику, совершенно не понимая, что именно они получают. Таким образом, в настоящее время в области нейровизуализации формируются сообщества исследователей, которых Ландау называл «патологами». Они легко организуются в группы. Благодаря, мягко говоря, упрощенным методам обработки и интерпретации, а также практически отсутствию в редколлегиях специалистов по этому новому делу, они довольно плодовиты. Многочисленность и плодовитость приводят к тому, что они, по сути, определяют уровень нашей науки, в то время как действительно серьезные исследования, требующие значительно большего труда и времени, остаются в меньшинстве. У них все просто и легко. Они убеждают чиновников, получают гранты и аппаратуру, с помощью которых расширяются. Это может привести к тому, что отношение к работам из России будет соответствующим, по крайней мере у серьезных ученых. То, что они делают, можно назвать полной профанацией науки и причинением ей тяжких повреждений. Я сознательно опустил конкретные фамилии и названия мероприятий, потому что ситуация приобрела слишком распространенный характер и выделять фамилию какого-либо из самоуверенных дилетантов бессмысленно.

Такое ощущение, что мозг шутя раскрывает свои тайны, полагая, что этих тайн так много, что можно немного «подкинуть» и нам, любопытствующим ученым. Но мы с каждым открытием не просто узнаем новые факты – мы узнаем новые закономерности. Нам (хочется думать) удается пусть немного, но «перехитрить» наш мозг. А это уже путь вперед. Это будет долгий путь…

Глава 4. Тайна «скрытых звеньев»

Как мозг организован в систему

В первой главе мы коснулись некоторых концепций организации работы мозга, которые возникали и даже главенствовали на разных этапах развития физиологии: локализационизм, холизм, павловское «световое пятно», даже голографическая модель мозга. В настоящее время преобладает концепция, представляющая работу мозга в виде динамичной распределенной системы, состоящей из звеньев различной степени жесткости. Вместе с тем достаточно живучим остается представление о существовании различных мозговых центров, обеспечивающих различные функции. Особенно ярко это видно во время нейровизуализации, когда при исследовании мозгового обеспечения практически любой функции можно наблюдать достаточно небольшие активированные участки. Из этого часто делается вывод (широко тиражируемый в прессе), что обеспечение любой функции происходит при участии сравнительно небольшого количества нейронов и что мозг использует свои возможности на какое-то малое количество процентов.

Но это неверно. И в этой главе я попытаюсь подробно объяснить почему. Пока скажу лишь, что наличие якобы «центров» совершенно не объясняет, как миллиарды нейронов мозга самоорганизуются для выполнения определенного действия при скорости обмена информацией порядка тысячи метров в секунду.

В предыдущем издании этой книги в разделе «Заключение» я упомянул результаты, полученные мною и моим сотрудником Максимом Киреевым в Институте мозга человека РАН буквально в последнюю минуту перед сдачей книги в печать. Естественно, описание было не полным, поскольку на тот момент, в 2015 году, мы просто не успели полностью осознать его смысл. Это вообще обычная вещь в науке. Непосвященному кажется, что самое сложное – провести эксперимент. На самом деле это обычно самое простое. Сложно придумать дизайн эксперимента и еще сложнее – осознать и сформулировать, что же получили. Чем важнее полученный результат, тем сложнее его понять. И когда эксперимент дает уже нечто совсем непонятное, можно готовиться к великим открытиям.

Так, в свое время для объяснения результатов знаменитых опытов американских физиков А. Майкельсона и Э. Морли (опыт Майкельсона – Морли), доказавших отсутствие эфира и постоянство скорости света в любых направлениях, – что не согласовывалось с господствующей в то время концепцией существования эфира, – потребовался гений Эйнштейна. Он уничтожил существовавшую тысячи лет веру в эфир и показал, что пространство и время взаимосвязаны. (Раньше считалось, что они существуют сами по себе.) Что существует предельная скорость – скорость света. И еще многое, что составляет суть специальной теории относительности. И его объяснение изменило современную физику.

Да что далеко ходить: когда аспирант академика С.И. Вавилова П.А. Черенков обнаружил в эксперименте странное свечение, которое позже назвали эффектом Черенкова, он решил, что это просто ошибка, и просил, чтобы ему сменили тему. А через четыре года И.Е. Тамм и И.М. Франк объяснили, что это свечение вызвано частицей, которая движется быстрее света в веществе. Все трое получили Нобелевскую премию по физике.

Именно поэтому нам для осмысления значения результата потребовалось время, которое появилось уже после выхода книги. А осмыслив, я понял, что нужно писать новую главу.

У меня очень часто берут интервью журналисты, специализирующиеся на науке. И даже лучшим из них не удавалось избежать двух вопросов:

– Где находится «центр речи», удовольствия, принятия решений и т. п. (нужное подчеркнуть)?