Jakie zdanie na temat uczuć towarzyszących ludziom biorącym udział w wykluczających oraz wkluczających sytuacjach społecznych ma martwy łosoś atlantycki (salmo salar)? Doktor Craig Bennett,
psycholog z University of California w Santa Barbara, postanowił to sprawdzić
wraz z zespołem naukowców, przy użyciu jednej z najnowocześniejszych metod
neuroobrazowania – funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Przedmiot
badań został pozyskany w sklepie sąsiadującym z laboratorium. W następnym kroku
przetestowano maszynę wykonującą rezonans. Łososiowi wyjaśniono na czym będzie
polegało jego zadanie i umieszczono wewnątrz maszyny. Upewniono się przedtem,
że badany nie będzie wykonywał niepotrzebnych ruchów, które mogłyby negatywnie
wpłynąć na wyniki. Unieruchomiono go przy pomocy specjalnej pianki. Wewnątrz
rezonansu zamocowano lustro odbijające obraz wyświetlany na ekranie LCD.
Wszystkie te zabiegi miały umożliwić obiektowi badań obserwację bodźców bez
konieczności poruszania się. Jest to w takich wypadkach standardowa procedura. Kiedy
wszystko było już gotowe, łososiowi pokazano serię sytuacji społecznych, a następnie poproszono o
wyrażenie swojej opinii na temat emocji, jakie mogli odczuwać ludzie biorący w
nich udział. Jak łatwo się domyślić, obiekt badań nie był skłonny do
współpracy.
Nie wszystko było jednak stracone. Funkcjonalny rezonans magnetyczny jest
techniką, która pozwala obserwować czynności mózgu i ustalać, które jego części
są zaangażowane w wykonywanie określonych zadań. Odkrycia z kilku ostatnich
dekad wskazujące na to, że bardzo rzadko można powiązać jakąkolwiek czynność z
jednym tylko obszarem, sprawiły że coraz częściej śledzi się nie tyle sam fakt aktywności
danych obszarów mózgu, co raczej czasoprzestrzenne wzorce aktywacji. Odpowiedzi
badanego nie zawszą są niezbędnym elementem eksperymentu. Dało to zespołowi
dr-a Craiga Bennetta możliwość kontynuowania badania. Na podstawie skanu fMRI skonstruowano
obraz mózgu badanego, przy jednoczesnym zachowaniu wszelkich rygorów proceduralnych
(z wyjątkiem zastosowania normalizacji przestrzennej, której nie dało się
przeprowadzić ze względu na to, że w atlasach MRI nie ma zestandaryzowanych
wytycznych dla łososia). Skan wykazał aktywność w obszarze mózgu łososia o
wielkości 81mm3, a także w brzusznej części rdzenia kręgowego (na ilustracji).
Jak to możliwe?
Wykazanie aktywności neuronalnej u martwego łososia było możliwe dzięki
zastosowaniu niedoskonałych procedur statystycznych. Sam eksperyment został
spreparowany właśnie w celu wykazania, że niezastosowanie się do rygorów
naukowych może skutkować otrzymywaniem najbardziej nawet absurdalnych wyników. Artykułowi
dr-a Bennetta i jego zespołu przyznano w 2012 roku nagrodę Ig Nobla, którą
nagradza się prace, które zmuszają "najpierw do śmiechu, a później do
myślenia". Na czym dokładnie polegała sprawa z martwym łososiem? Aby to
wyjaśnić, trzeba krótko przedstawić zasadę działania fMRI oraz niewielki
fragment historii statystyki.
Funkcjonalny rezonans magnetyczny działa w oparciu o analizę
odpowiedzi BOLD (blood-oxygen-level-dependent).
Polega to na tym, że porównuje się ze sobą małe, wydzielone fragmenty
mózgu, tzw. voxle, które najłatwiej
opisać jako trójwymiarowe pixele, pod względem ilości tlenu przenoszonego przez
krew. Zakłada się, że obszary bardziej aktywne zużywają więcej tlenu. Dzięki
temu, że krew natlenowana daje w rezonansie inną odpowiedz niż krew
nienatlenowana, można wnioskować o tym, w których obszarach występuje
największe zużycie tlenu. Do porównania każdej pary voxli używa się testu statystycznego, który pozwala określić z
jakim prawdopodobieństwem uzyskany wynik mógłby być przypadkowy. Jeśli poziom
ten jest satysfakcjonująco niski, wynik uznaje się za istotny statystycznie. Na
obrazach pochodzących z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego zaznacza się
jasnymi kolorami (np. żółty), te obszary, w których szansa na to, że wynik jest
przypadkowy jest bardzo mała. Kolor purpurowy oznacza, że ryzyko to jest już
większe.
W typowym badaniu fMRI wykonywanym na człowieku, wyróżnia się aż
130.000 voxli. Do skonstruowania funkcjonalnego
obrazu mózgu (czyli obrazu dynamicznego, pokazującego mózg w działaniu) trzeba
przeprowadzić dziesiątki tysięcy wspomnianych testów. Tutaj pojawia się kłopot.
Nawet przy niskim prawdopodobieństwie uzyskania wyniku fałszywie pozytywnego,
przy odpowiedniej ilości prób, w końcu go uzyskamy. Zagadnienie to nazywane
jest "problemem wielokrotnych porównań". Jeszcze kilkadziesiąt lat
temu niedogodność ta nie została należycie rozpoznana, ponieważ bez komputerów
o dużej mocy obliczeniowej, nikt nie przeprowadzał tak oszałamiającej liczby
testów. Dlatego też przez pewien czas, część badań przeprowadzanych przy użyciu
fMRI nie była przeprowadzona w sposób właściwy. Nie stosowano w nich procedury korekty
dla wielokrotnych porównań, pozwalającej wykluczyć wyniki, dla których ryzyko
wykazania fałszywie pozytywnych korelacji było zbyt wysokie (procedury te to FWER
– family-wise error rate oraz FDR – false discovery rate). Jeszcze w 2008 roku procent badań opublikowanych
w ważnych czasopismach naukowych, wykonanych w prawidłowy sposób pod względem zastosowania
odpowiednich poprawek dla wielokrotnych porównań, był niepokojąco niski. W Neuro Image wynosił
on jedynie 74%, w Cerebral Cortex 67,5%,
w Social Cognitive and Affective
Neuroscience 60%, w Human Brain Mapping 75,4% i wreszcie w Journal of Cognitive Neuroscience –
61,8%. Oznacza to, że nawet do 40% publikowanych badań opartych było na procedurach równie dokładnych jak te, które pozwoliły wykazać aktywność w systemie nerwowym martwej ryby! Od 2008 roku poziom ten na szczęście uległ zmianie. Tydzień po przyznaniu Ig Nobla opisywanemu badaniu, w ok. 90% prac zastosowano już odpowiednie poprawki. Niewykluczone, że dzięki łososiowi.
Eksperyment Bennetta odbił się szerokim echem w społeczności
naukowej, a sam artykuł został przyjęty z entuzjazmem. Niestety mimo tego
dr-owi nie zwrócono kosztów zakupu łososia. Stało się tak dlatego, że Bennett
postanowił swój obiekt badań zjeść.
Źródła:
Craig Bennett et al., Neural
Correlates of Interspecies Perspective Taking in the Post-Mortem Atlantic
Salmon. An Argument For Proper Multiple Comparisons Correction, "Journal
of Serendipitous and Unexpected Results", 2010 vol. 1, no 1, pp. 1-5.
Sally Satel &
Scott O. Lilienfeld, Brainwashed. The Seductive Appeal of Mindless
Neuroscience, Basic Books: 2013.
Scicurious, IgNobel
Prize in Neuroscience. The dead salmon study, 2012 Sept 25. [http://blogs.scientificamerican.com/scicurious-brain/ignobel-prize-in-neuroscience-the-dead-salmon-study/]
[25.05.2015]
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz