TICS: 神經(jīng)影像實驗結(jié)果無法重復，是因為基本假設(shè)出現(xiàn)錯誤？
神經(jīng)影像研究目前最關(guān)注的重點就是實驗結(jié)果無法重復。在之前的大腦-行為關(guān)系研究中，將實驗結(jié)果無法重復歸咎于方法學上的缺點。誠然，方法學的嚴謹十分重要，但是也有可能有其他的原因?qū)е律窠?jīng)影像學研究的結(jié)果無法重復。
Susan G和Lisa B教授團隊分析了近年來人類和非人靈長類大腦的影像研究，認為有可能是研究的基本假設(shè)出現(xiàn)錯誤，從而導致實驗無法重復。
他們重新審視和修正了之前研究中公認的3個基本假設(shè)，并將其成果Improving the study of brain-behavior relationships by revisiting basic assumptions 于2023年2月發(fā)表于Trends in Cognitive Sciences雜志。
大腦-行為關(guān)系研究中的3個基本指導假設(shè)
在之前的影像學研究中，有3個基本假設(shè)：
1）定位假設(shè)，即認為某種類型的心理學事件（例如恐懼）是由單一的、專門的心理學過程導致的，而后者由專門的神經(jīng)元集群負責；
2) 一對一假設(shè)，即某些神經(jīng)元集群是只映射到某種心理學分類，這種映射可以跨情景，人群，測量方法和實驗設(shè)計；
3) 獨立假設(shè)，認為專門的神經(jīng)元集群獨立于周圍的因子發(fā)揮功能，例如其余的腦區(qū)，身體，周圍環(huán)境等，因此研究可以單獨研究神經(jīng)元集群而不過多地考慮這些因子（認為這些因子可能會調(diào)節(jié)神經(jīng)元集群的活動，但是并起到關(guān)鍵性的作用）（表1，圖1）。
表1. 大腦-行為關(guān)系研究中現(xiàn)有的指導假設(shè)與本文中的修正假設(shè)之比
圖1. 當前的指導假設(shè)與本文中提出的修正假設(shè)之間的比較
重新考慮定位假設(shè)：全腦對心理事件貢獻的證據(jù)
與之前的定位假設(shè)相反，多年來的功能腦影像證據(jù)顯示，局部的神經(jīng)計算對一系列的心理事件都有貢獻。在人類受試者中進行大腦-行為關(guān)系研究時，經(jīng)典的實驗設(shè)計是要求受試者做相對少的試驗，同時使用嚴格的統(tǒng)計學閾值來避免出現(xiàn)I類誤差。這就導致研究通常只觀察和報告最強烈的影響，產(chǎn)生信號變化的“島”被解釋為局部活動的證據(jù)。但是這種現(xiàn)象可能是由于受試者參與度不夠。例如，在一項研究中顯示，當受試者進行500次數(shù)字字母分辨試驗時，他的血氧水平依賴信號與72%的腦域相關(guān)，但是在只做25次試驗時，前者只與20%的腦域相關(guān)。對默認建模假設(shè)的過度依賴加重了這個問題。
近年來在非人靈長類，小鼠，以及果蠅中的大腦-行為研究中證實了一些心理行為現(xiàn)象與全腦相關(guān)。多感覺處理的研究也提供了與全腦建模方法相一致的證據(jù)（初級運動皮層也會處理感覺信息，初級感覺皮層也攜帶運動信息）。
該團隊認為使用模型先行的方法可以更好地解決上述問題，即在實驗之前，先好好了解和完善他們的試驗假設(shè)，然后進行特異地模型構(gòu)建，從而避免之前經(jīng)典實驗設(shè)計導致的結(jié)果。此外，讓受試者對某種試驗的參與度增高，也可以完善實驗的結(jié)果。
重新考慮一對一假設(shè)：多對一映射的證據(jù)
與一對一假設(shè)相反，在很多生物系統(tǒng)中，多種機制可以導致同一種功能結(jié)果，這種多對一的映射稱之為簡并性。在神經(jīng)系統(tǒng)中，不同的神經(jīng)元組合可以產(chǎn)生一致功能的內(nèi)在網(wǎng)絡，不同模式的神經(jīng)元活動可以產(chǎn)生相同的行為。
在受試者觀看會引起他們憤怒、厭惡或是失落心理的視頻時，同時對他們進行功能核磁共振，之后再進行機器學習分析，結(jié)果顯示，多種可靠的動態(tài)模式會導致同一種心理事件的發(fā)生。此外，人類以及非人靈長類的損毀研究也顯示，某一種之前被認為控制某種心理事件的區(qū)域損毀時，他們還是能夠產(chǎn)生相同的情緒事件（患者S.M.雙側(cè)杏仁核損毀時，還是能夠感受到恐懼）。上述結(jié)果顯示，某種心理事件并不是與某些神經(jīng)元集群一對一對應的。
重新考慮獨立假設(shè)：大腦作為復雜系統(tǒng)的證據(jù)
對獨立假設(shè)的批判在近年來已經(jīng)在生態(tài)心理學，發(fā)育心理學，社會心理學以及神經(jīng)科學中被廣泛地討論。某種心理事件發(fā)生是大腦、身體和周圍世界相互作用信號的復雜集合，而不僅僅是單一神經(jīng)元集群的作用。
在神經(jīng)元層面上，神經(jīng)元并不是獨立發(fā)揮作用的，會受到神經(jīng)環(huán)境的影響，即它所屬神經(jīng)群體中其他神經(jīng)元的影響。例如，在給定的某一心理事件中，相對應的神經(jīng)元的動作電位依賴于與之相互關(guān)聯(lián)的神經(jīng)元的作用。此外，身體信號，例如心率，呼吸等也與心理現(xiàn)象密切相關(guān)，然而卻經(jīng)常被實驗者忽略。
之前的影像學研究中只報道某些效應，可能是因為這些經(jīng)典的實驗只測量了小部分相關(guān)的信號。該團隊認為應當盡量多地收集大腦，身體，以及周圍環(huán)境的信號，來彌補上述問題。當然在現(xiàn)今科技下，收集所有信息是不可行的，但是隨著未來科技的發(fā)展，或許有可能實現(xiàn)。
結(jié) 論
目前神經(jīng)影像學中的基本假設(shè)可能正是導致實驗結(jié)果重復性低的罪魁禍首，或許在源頭上進行假設(shè)地修正才能更好得進行未來的神經(jīng)影像學實驗，得到更加準確和科學的結(jié)果。
參考文獻：
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.
編譯作者：KK（brainnews創(chuàng)作團隊）
校審：Simon（brainnews編輯部）
