TICS: 神经影像实验结果无法重复，是因为基本假设出现错误？
2023-03-18 brainnew神内神外 网络 发表于上海
在一项研究中显示，当受试者进行500次数字字母分辨试验时，他的血氧水平依赖信号与72%的脑域相关，但是在只做25次试验时，前者只与20%的脑域相关。
神经影像研究目前最关注的重点就是实验结果无法重复。在之前的大脑-行为关系研究中，将实验结果无法重复归咎于方法学上的缺点。诚然，方法学的严谨十分重要，但是也有可能有其他的原因导致神经影像学研究的结果无法重复。
Susan G和Lisa B教授团队分析了近年来人类和非人灵长类大脑的影像研究，认为有可能是研究的基本假设出现错误，从而导致实验无法重复。
他们重新审视和修正了之前研究中公认的3个基本假设，并将其成果Improving the study of brain-behavior relationships by revisiting basic assumptions 于2023年2月发表于Trends in Cognitive Sciences杂志。
大脑-行为关系研究中的
3个基本指导假设
在之前的影像学研究中，有3个基本假设：
1）定位假设，即认为某种类型的心理学事件（例如恐惧）是由单一的、专门的心理学过程导致的，而后者由专门的神经元集群负责；
2) 一对一假设，即某些神经元集群是只映射到某种心理学分类，这种映射可以跨情景，人群，测量方法和实验设计；
3) 独立假设，认为专门的神经元集群独立于周围的因子发挥功能，例如其余的脑区，身体，周围环境等，因此研究可以单独研究神经元集群而不过多地考虑这些因子（认为这些因子可能会调节神经元集群的活动，但是并起到关键性的作用）（表1，图1）。
表1. 大脑-行为关系研究中现有的指导假设与本文中的修正假设之比
图1. 当前的指导假设与本文中提出的修正假设之间的比较
重新考虑定位假设：
全脑对心理事件贡献的证据
与之前的定位假设相反，多年来的功能脑影像证据显示，局部的神经计算对一系列的心理事件都有贡献。在人类受试者中进行大脑-行为关系研究时，经典的实验设计是要求受试者做相对少的试验，同时使用严格的统计学阈值来避免出现I类误差。这就导致研究通常只观察和报告最强烈的影响，产生信号变化的“岛”被解释为局部活动的证据。但是这种现象可能是由于受试者参与度不够。例如，在一项研究中显示，当受试者进行500次数字字母分辨试验时，他的血氧水平依赖信号与72%的脑域相关，但是在只做25次试验时，前者只与20%的脑域相关。对默认建模假设的过度依赖加重了这个问题。
近年来在非人灵长类，小鼠，以及果蝇中的大脑-行为研究中证实了一些心理行为现象与全脑相关。多感觉处理的研究也提供了与全脑建模方法相一致的证据（初级运动皮层也会处理感觉信息，初级感觉皮层也携带运动信息）。
该团队认为使用模型先行的方法可以更好地解决上述问题，即在实验之前，先好好了解和完善他们的试验假设，然后进行特异地模型构建，从而避免之前经典实验设计导致的结果。此外，让受试者对某种试验的参与度增高，也可以完善实验的结果。
重新考虑一对一假设：
多对一映射的证据
与一对一假设相反，在很多生物系统中，多种机制可以导致同一种功能结果，这种多对一的映射称之为简并性。在神经系统中，不同的神经元组合可以产生一致功能的内在网络，不同模式的神经元活动可以产生相同的行为。
在受试者观看会引起他们愤怒、厌恶或是失落心理的视频时，同时对他们进行功能核磁共振，之后再进行机器学习分析，结果显示，多种可靠的动态模式会导致同一种心理事件的发生。此外，人类以及非人灵长类的损毁研究也显示，某一种之前被认为控制某种心理事件的区域损毁时，他们还是能够产生相同的情绪事件（患者S.M.双侧杏仁核损毁时，还是能够感受到恐惧）。上述结果显示，某种心理事件并不是与某些神经元集群一对一对应的。
重新考虑独立假设：
大脑作为复杂系统的证据
对独立假设的批判在近年来已经在生态心理学，发育心理学，社会心理学以及神经科学中被广泛地讨论。某种心理事件发生是大脑、身体和周围世界相互作用信号的复杂集合，而不仅仅是单一神经元集群的作用。
在神经元层面上，神经元并不是独立发挥作用的，会受到神经环境的影响，即它所属神经群体中其他神经元的影响。例如，在给定的某一心理事件中，相对应的神经元的动作电位依赖于与之相互关联的神经元的作用。此外，身体信号，例如心率，呼吸等也与心理现象密切相关，然而却经常被实验者忽略。
之前的影像学研究中只报道某些效应，可能是因为这些经典的实验只测量了小部分相关的信号。该团队认为应当尽量多地收集大脑，身体，以及周围环境的信号，来弥补上述问题。当然在现今科技下，收集所有信息是不可行的，但是随着未来科技的发展，或许有可能实现。
结 论
目前神经影像学中的基本假设可能正是导致实验结果重复性低的罪魁祸首，或许在源头上进行假设地修正才能更好得进行未来的神经影像学实验，得到更加准确和科学的结果。
Christiana W, et al. Improving the study of brain-behavior relationships by revisiting basic assumptions. Trends in Cognitive Sciences, 2023. DOI: 10.1016/j.tics.2022.12.015.
本网站所有内容来源注明为“梅斯医学”或“MedSci原创”的文字、图片和音视频资料，版权均属于梅斯医学所有。非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明来源为“梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章，或“梅斯号”自媒体发布的文章，仅系出于传递更多信息之目的，本站仅负责审核内容合规，其内容不代表本站立场，本站不负责内容的准确性和版权。如果存在侵权、或不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
在此留言
