فناوری MRI ارتباط بین فعالیت مغز و روان‌شناسی را کشف می‌کند

در ماه مارس، دانشمندان علوم اعصاب و روان‌پزشکان دانشکده‌ی پزشکی دانشگاه واشینگتن در سنت‌لوئیس با همکاری پژوهشگرانی از مراکز دیگر، مطالعه‌ای در مجله‌ی نیچر منتشر کردند که موجب بحث‌های گسترده‌ای در میان دانشمندان این حوزه شد.

مطالعه‌ی مذکور به این موضوع اشاره می‌کرد که پژوهشگران به‌طور فزاینده‌ای در حال استفاده از ام‌ارآی یا تصویربرداری تشدید مغناطیسی هستند تا ارتباطاتی میان آنچه روی ام‌آرآی دیده می‌شود (مانند ضخامت قشر یا الگوهای اتصالات عصبی) با ویژگی‌های روان‌شناختی پیچیده‌ای مانند توانایی شناختی با بیماری‌های روانی پیدا کنند.

در تئوری، این مطالعات به‌اصطلاح «ارتباط در سطح مغز» می‌تواند بینش‌های بسیار ارزشمندی ارائه دهد. آگاهی از این موضوع که ویژگی عصبی خاصی فرد را دربرابر اوتیسم یا آلزایمر یا اختلال دیگری آسیب‌پذیرتر می‌کند، می‌تواند به پیش‌بینی یا پیش‌گیری یا درمان آن بیماری کمک کند. به‌همین‌ترتیب، اگر بتوانیم ویژگی‌های خاصی را به صفات مطلوبی مانند پیشرفت تحصیلی مرتبط کنیم، ممکن است بتوان از آن دانش سود برد.

طبق استدلال نویسندگان مقاله‌ی نیچر، مشکل این‌جا است که دانشمندان علوم اعصاب اغلب در گروه‌های کوچکی از افراد به‌دنبال آن ارتباطات می‌گردند؛ بنابراین، نتایجی که به‌دست می‌آورند، ازنظر آماری قوی نیست. طبق محاسبات آن‌ها، هزاران فرد باید برای مطالعه‌ی ارتباط در سطح مغز در نظر گرفته شوند تا یافته‌هایی حاصل شود که در مطالعات دیگر تکرارپذیر باشد.

این خبر برای بسیاری ناخوشایند بود؛ چراکه استفاده از دستگاه‌های ام‌آر‌آی بسیار پرهزینه است (هر ساعت حدود هزار دلار هزینه می‌برد)؛ ولی بودجه محدود است. نمونه‌های مطالعات ضعیف فراوان است. تری جرنیگان، مدیر مرکز توسعه انسانی در دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو، می‌گوید این مطالعات به‌حدی زیاد هستند که اشاره به یک مطالعه منصفانه نیست.

درواقع، طبق مقاله‌ای که سال ۲۰۲۰ در مجله‌ی NeuroImage منتشر شد، میانگین تعداد آزمودنی‌های مطالعه در بیش از هزار مقاله تصویربرداری مغز ۱۲ فرد بود؛ مقاله‌هایی که بیشترین استنادها به آن‌ها شده بود و بین سال‌های ۱۹۹۰ تا ۲۰۱۲ منتشر شده بودند. طبق گزارش مقاله‌ی نیچر، متوسط اندازه‌ی نمونه مطالعات تصویربرداری عصبی که تا سپتامبر ۲۰۲۱ در یکی از پلتفرم‌های با دسترسی آزاد بارگذاری شده بود، ۲۳ فرد بود.

متأسفانه نمونه‌های کوچک ام‌آر‌آی اغلب به‌صورت تصادفی ارتباطات قوی را نشان می‌دهند. برای مثال، فرض کنید می‌خواهید ببینید که آیا بین رنگ چشم و علاقه به توت‌فرنگی همبستگی وجود دارد. اگر گروه‌های کافی از ۲۵ فرد تصادفی را بررسی کنید، درنهایت به گروهی می‌رسید که در آن افراد چشم‌آبی بیشتر از افراد چشم‌قهوه‌ای توت‌فرنگی را دوست دارند.

حال اگر پنج گروه پژوهشی مستقل این مطالعه را اجرا کنند و فقط یکی از آن‌ها ارتباط بین رنگ چشم و علاقه به توت‌فرنگی را پیدا کند، این گروه با احتمال بیشتری نتایج خود را منتشر خواهد کرد؛ با اینکه نتایج آن‌ها کمتر از همه به واقعیت نزدیک است. به‌همین‌دلیل، مجلات از دیرباز همبستگی‌های شگفت‌آور را به یافته‌های بدون همبستگی ترجیح می‌دهند.

این پدیده «سوگیری چاپ» نامیده می‌شود. نیکو دوزنباخ، دانشیار عصب‌شناسی در دانشگاه واشینگتن و از نویسندگان مطالعه نیچر می‌گوید: «اثر متناقض این است که اگر از نمونه‌ی کوچکی استفاده کنید، اشتباه‌ترین نتیجه منتشر خواهد شد.» دانشمندان رشته‌های مختلف مدت‌ها است درباره‌ی این دینامیک می‌دانند؛ اما مقاله‌ی نیچر توانست به‌خوبی نشان دهد که برای پرهیز از این مسئله به چه تعداد شرکت‌کننده نیاز است.

نویسندگان مقاله‌ی نیچر با استفاده از داده‌های ام‌آر‌آی حدود ۵۰ هزار نفر، به‌دنبال ارتباطات بین ساختار یا فعالیت مغز و صفات پیچیده روان‌شناختی در گروه‌هایی با تعداد آزمودنی‌های مختلف گشتند. طبق نتایج آن‌ها، برای اینکه مطالعات به‌طور مطمئنی تکرار شوند، تعداد آزمونی‌ها باید به‌طور متوسط چندین هزار نفر باشد.

این واقعیت که بسیاری از مطالعات بررسی‌کننده‌ی ارتباطات مذکور ضعیف هستند و اغلب پیش از انتشار در گروه‌های دیگر آزمایش نمی‌شوند، به گزارش‌های فراوانی از ارتباط بین ویژگی‌های مغز و اختلالات روان‌پزشکی منجر شده است که احتمالاً اعتماد‌کردنی نیستند. چنین نتایجی می‌تواند ترسناک و بدنام‌کننده باشد. جرنیگان می‌گوید: «اگر الگوی خاص فعالیت مغز را در فرد مبتلا به اختلال روان‌پزشکی ببینید، بدین‌معنا نیست که این الگو است که موجب اختلال یا علائم می‌شود. این فقط یک ارتباط است.»

دراین‌میان، نتیجه‌گیری مقاله‌ی نیچر فقط درباره‌ی مطالعاتی به‌کار می‌رود که ام‌آرآی چندین نفر را به‌منظور شناسایی تفاوت‌هایی مقایسه می‌کنند که با ویژگی‌های روانی پیچیده ارتباط دارد. مطالعات تصویربرداری عصبی که تغییرات رخ‌داده درون مغز افراد را نشان می‌دهند، می‌توانند حتی با تعداد شرکت‌کنندگان کم اطمینان‌کردنی باشند.

راسل پولدراک، استاد روان‌شناسی دانشگاه استنفورد، می‌گوید به‌عنوان مثال، اولین مقاله‌ی برجسته‌ای که نشان می‌داد مغز بیشتر افراد تقریباً به‌طور مشابهی کار می‌کند، در سال ۲۰۰۱ در مجله‌ی ساینس منتشر شد و تنها شامل ۶ شرکت‌کننده بود. پژوهشگران مطالعه فعالیت مغز هریک از شرکت‌کنندگان را هنگام تماشای تصاویری از گربه‌ها، چهره‌ها، اشیای دست‌ساز و تصاویر بی‌مفهوم ثبت کرده بودند.

این موضوع که هر مغزی منحصر‌به‌فرد بود، در نتایج مطالعه اهمیتی نداشت. تغییراتی که در هریک از مغزها رخ می‌داد، با مشاهده‌ی انواع تصاویر مختلف می‌شد مرتبط کرد. الگوها سپس آزمایش شدند و مشخص شد که براساس فعالیت مغز می‌توان به‌درستی پیش‌بینی کرد که شرکت‌کننده در حال دیدن چه تصویری است. پولدراک می‌گوید آن الگوهای کلی همراه با شواهد دیگر ثابت کردند که وقتی افراد درگیر نوع خاصی از عملکردهای ذهنی می‌شوند، نواحی خاصی از مغز فعال می‌شود.

این درک که معمولاً الگوهای مغزی مشترکی داریم، موجب این احتمال وسوسه‌انگیز می‌شود که در تغییرات بین آن‌ها توضیحی برای این مسئله وجود دارد که چرا برخی افراد ویژگی خاص یا مجموعه‌ای از علائمی دارند که دیگران فاقد آن هستند. بااین‌حال، جداکردن تفاوت‌های معنادار از تفاوت‌های تصادفی بی‌شماری که بین همه‌ی مغزها وجود دارد، بسیار دشوار است. یکی از راه‌های تلاش برای انجام این کار مقایسه ام‌آر‌آی هزاران نفر از مردم و گشتن به‌دنبال یک تغییر (مثلاً الگوی خاصی از اتصالات عصبی) است که در افراد مبتلا به بیماری روانی رایج‌تر است. پیشرفت‌های اخیر در فناوری ام‌آر‌آی و توانایی تجزیه‌و‌تحلیل حجم وسیعی از داده‌ها این نوع تلاش‌ها را ممکن ساخته است.

برای مثال، مطالعه‌ی رشد شناختی مغز نوجوانان نزدیک به ۱۲,۰۰۰ کودک ۹ تا ۱۰ ساله در ایالات متحده را ثبت‌نام کرده است. مغز این افراد تا دوران جوانی به‌طور منظم اسکن خواهد شد. این مطالعه متغیرهای اجتماعی‌اقتصادی مانند درآمد والدین و ویژگی‌های روان‌شناختی مانند تاب‌آوری را نیز دنبال می‌کند تا ارتباط آن‌ها را با رشد مغز پیدا کند. جرنیگان، مدیر مرکز هماهنگی مطالعه می‌گوید: «بدون چنین مطالعه‌ای هرگز نمی‌توانید به این پرسش‌ها پاسخ دهید.»

چنین مجموعه‌داده‌های جامعی می‌تواند به پژوهشگران کمک کند تا روابط بسیاری از عوامل را هم‌زمان بررسی کنند؛ اما راه‌های دیگری نیز برای بررسی ارتباط میان ویژگی‌های مغز و عملکردهای پیچیده ذهنی وجود دارد که به آزمودنی‌های زیادی نیاز ندارد.

رابرتا دیاز برینتون، مدیر مرکز نوآوری در علوم مغز دانشکده پزشکی دانشگاه آریزونا، می‌گوید به‌جای جست‌وجوی ارتباطات در میان کل جمعیت، می‌توانید با توصیف دقیق مغز صدها فردی شروع کنید که مثلاً مبتلا به انواع مختلف افسردگی تشخیص داده شده‌اند تا مدل‌هایی درباره‌ی وضعیت آن‌ها ارائه کنید.

در مقاله‌ای که سال ۲۰۱۶ منتشر شد، مونیکا روزنبرگ و همکارانش در دانشگاه ییل از این رویکرد برای شناسایی انواع خاصی از فعالیت مغز در افراد دارای توجه پایدار استفاده کردند. آن‌ها به ۲۵ داوطلب بالغ سالم وظیفه‌ای محول کردند که به تمرکز نیاز داشت و نقشه‌ی ترکیبی از آنچه در مغز آن‌ها رخ می‌داد، ایجاد کردند. سپس، آن نقشه را با داده‌های ام‌آر‌آی ۱۱۳ کودک مبتلا و غیرمبتلا به اختلال کم‌توجهی‌بیش‌فعالی مقایسه کردند. شبکه‌ی توجه پایداری که آن‌ها شناسایی کردند، در کودکان مبتلا به اختلال مذکور ضعیف‌تر بود که نتیجه آن‌ها را تأیید کرد.

روزنبرگ مقاله‌ی نیچر را نه‌تنها فراخوانی برای اندازه‌ی ‌نمونه‌ی بزرگ‌تر می‌خواند؛ بلکه آن را به‌عنوان یادآوری از نیاز به پیگیری سیستماتیک نتایج می‌بیند. او می‌گوید برای هر یافته‌ای دانشمندان باید این پرسش‌ها را مطرح کنند: آیا این نتایج در گروه متفاوتی از افراد نیز درست است؟ آیا در افراد سنین مختلف صدق می‌کند؟ این رابطه تا چه حد عمومی است؟

روزنبرگ می‌گوید هنوز فضای زیادی برای پیشرفت وجود دارد. او درباره‌ی این موضوع خوش‌بین است که در سال‌های اخیر، مقاله‌های زیادی مانند مقاله‌ی نیچر منتشر شده است که خواستار دنبال‌کردن رویه‌های بهتر در پروژه‌های تصویربرداری مغز است و می‌گوید ارزش تکرار نتایج در مطالعات دیگر روز‌به‌روز بیشتر تأیید می‌شود.