Пенсионный советник

15 лет изучения мозга под вопросом

Ученые поставили под сомнения результаты около 40 тыс. исследований, проведенных при помощи фМРТ

Яна Хлюстова, Павел Котляр 06.07.2016, 16:49
Shutterstock

В программном обеспечении, обрабатывающем результаты фМРТ, найден баг, который присутствовал там на протяжении 15 лет. Это значит, что результаты около 40 тыс. научных исследований могут быть поставлены под сомнение.

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — это метод исследования головного мозга, при котором измеряются изменения в токе крови головного мозга исследуемого человека, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса. Эти изменения возникают вследствие изменения активности самого мозга, так как интенсивность работы нейронов связана с мозговым кровотоком: чем активнее работает та или иная область мозга, тем сильнее к ней приливает кровь.

Именно поэтому фМРТ активно используется исследователями всего мира для изучения работы головного мозга. Как правило, в ходе эксперимента ученые просят человека выполнять различные задания: читать текст, смотреть видеозапись, слушать определенные звуки, считать в уме, играть в азартную игру и так далее.

В это время мозг сканируется при помощи мощного магнитного поля, в результате чего и фиксируются малейшие изменения в токе крови.

Ученые подчеркивают, что когда исследователи интерпретируют данные, полученные в ходе сканирования мозга, они не смотрят непосредственно на мозг — они смотрят на картинку мозга, которая как бы составлена из крошечных ячеек (их еще называют воксели). Изображение получается в результате работы специального программного обеспечения, которое обрабатывает полученные в ходе фМРТ данные. Получается, что компьютерные программы выступают посредником между оборудованием для МРТ и учеными. «Программное обеспечение — а не человек — сканирует воксели, объединяя их в кластеры, — комментирует один из авторов работы Ричард Чиргвин. — Когда вы встречаете фразу «Ученые могут предсказать движения вашей руки — об этом расскажет изображение мозга», речь на самом деле идет об изображениях, полученных при помощи программного обеспечения».

Группа исследователей под руководством Андерса Эклунда из Линчёпингского университета (Швеция) решила проверить, насколько можно доверять используемому сейчас программному обеспечению, а именно трем самым популярным программным пакетам — SPM, FSL и AFNI. Ученые взяли результаты фМРТ-исследований головного мозга 499 здоровых людей, которые во время обследования мозга находились в состоянии покоя. Логично было бы предположить, что и результаты фМРТ у них должны были быть чрезвычайно похожи между собой, если не сказать идентичны.

Ученые допускали, что процент ложного распознавания сигнала не будет превышать 5%.

Испытуемые были разбиты на группы по 20 человек — ученые сравнивали результаты их фМРТ по отдельным параметрам. Всего исследователи получили около 3 млн «точек сравнения». После того как работа была закончена, ученые выяснили, что на самом деле процент ложного распознавания сигналов составил 70%. Вина была в ошибках работы программного обеспечения — более подробно с выводами авторов можно ознакомиться в их статье, опубликованной в журнале PNAS.

Однако самой плохой новостью стало даже не обнаружение самой ошибки в программном обеспечении, а то, что присутствовала она там на протяжении последних 15 лет (кстати, баг исправили в мае 2015 года — именно тогда исследовательская группа Андерса Эклунда получила свои данные и начала работу над публикацией).

Это значит, что около 40 тыс. исследовательских работ, в которых использовались данные фМРТ, могут оказаться некорректными.

Более того, баги в работе программных пакетов приводили не просто к неточному интерпретированию данных томографии — дело доходило даже до того, что изображение свидетельствовало об активной работе головного мозга, в то время как на самом деле он находился в состоянии покоя.

Если учесть, что в исследованиях при использовании фМРТ, как правило, принимает участие небольшое количество человек (около 30 — связано это с очень высокой стоимостью использования оборудования, около $600 в час), результаты многих научных работ тем более будут вызывать сомнение. Еще одна проблема, также вызванная высокой стоимостью использования оборудования, заключается в том, что исследователи попросту делились данными между собой: интерпретация результатов фМРТ, полученная одной исследовательской группой, выкладывалась в общий доступ, чтобы ее могли изучать все желающие.

Осторожно призвал относиться к данному исследованию научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований, руководитель департамента психологии НИУ ВШЭ Василий Ключарев. В своих исследованиях он с коллегами в области нейронаук использует упомянутый программный пакет SPM. «Действительно, есть проблема — когда мы изучаем мозг методом МРТ, мы имеем огромный объем данных. Если на фотографии мы видим пикселы, то мозг трехмерный, и тогда речь идет о вокселах, которых может быть до 50–80 тыс., в них есть информация об активности различных областей мозга», — рассказал Ключарев «Газете.Ru».

По этой причине, уверен он,

многие ученые, чтобы выявить активность в небольшой области мозга, анализируют активность только в ней, не принимая во внимание активность всего мозга.

Поэтому нейробиологи «играют» с многочисленными параметрами настроек софта, ищут новые статистические подходы, чтобы выявить значимую активность мозга, и среди них ведутся споры о том, как интерпретировать полученные в разных экспериментах данные. «Если изучать эту отдельную область, строго говоря, правильно, принимая в расчет активность всего мозга, статистически никогда не докажешь, что там есть», — считает ученый. По его словам выход — поиск повторяемости результатов и применение метаанализа: взять большой массив экспериментальных данных по одной теме и проанализировать его статистически. Василий Ключарев также сообщил, что на статью критиков МРТ уже вышла другая критическая статья, в которой приводятся недостатки методов, используемых командой Эклунда.