脑成像研究的结果可靠吗

文/高嘉涛 汪晨波 

 

安妮在一家饭店吃饭时滑倒,摔伤了头部和后背。此后,她一直被剧烈的肩部疼痛折磨,不得不辞去工作。安妮起诉了那家饭店,但饭店拒绝赔偿数十万美元的医疗费和误工费。为了证明自己确实疼痛而并非装病,安妮找到一家技术公司,让其使用功能磁共振成像仪对自己进行脑扫描,探测与肩部疼痛有关的大脑区域的信号活动。这家公司已经为多位用户提供了类似的服务。
小王去一家心仪已久的公司应聘。让他意外的是,除了常规的笔试、面谈之外,所有应聘者都接受了脑扫描。几天后,小王得知自己落选了,原因是脑扫描结果显示,他不愿意为了报酬奖赏而努力工作。
迷雾重重
安妮的故事是真的,类似的案例正在变得越来越多;小王的故事是假的,但它并非毫无根据,有研究发现,脑扫描显示能干的人和“懒人”大脑的3个区域有所不同。
我们常常能读到这样的头条新闻,宣称科学研究揭示了与疼痛、记忆、爱、恐惧、信仰或政治相关的大脑活动。对于这些研究,有的人兴奋不已,认为人类的行为、心理活动甚至文化都能找到明确的神经机制。然而,也有人对其中一些研究结论持谨慎甚至怀疑的态度。
他们指出,大量神经科学研究在实验设计、数据分析和结果报告中存在严重的问题。很多五颜六色的大脑扫描结果提供的可能仅仅是假象,它们也许遮掩了人类心理活动的真实情况。不确定性因素已笼罩着整个神经科学领域。

重复提取
短暂的神经活动是否可以揭示复杂的心理过程与行为?自从功能磁共振成像技术发明后,对此问题的质疑一直存在。2008年,美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的心理学研究者沃尔和帕希勒发表了一篇评论文章。文章指出,不少功能磁共振成像研究结果的可信度很低,因为在这些研究中,不同行为或人格特质总是与一个或几个特定脑区的活动相关。沃尔和帕希勒分析了53个功能磁共振成像研究,发现约一半的研究结果是不可信的。它们使用“具有严重缺陷”的方法才得到了“好得令人难以置信”的结果。
一次典型的全脑功能磁共振成像扫描包含多达10万个三维像素,数据量非常庞大。研究者需要使用专门的分析软件来寻找被特定的认知活动激活的三维像素,例如,让被试者观看图片引发其产生共情或情绪反应。问题是,真正的信号可能被大量三维像素的随机波动所淹没,有点像天线没调好的电视机出现了雪花。尽管处理软件可以过滤掉部分噪声,但并不能创造奇迹,噪声的干扰难以避免,所以,许多脑区显示的活动增强纯属是随机波动引起的。
理想情况下,脑成像研究者需要两组扫描数据。第一组扫描数据用于确定在实验过程中活动增强的三维像素群;然后利用第二组数据,确定该区域活动的增加不是出于随机波动;最后才是测量神经活动增强的程度。但是,许多研究者只使用一组扫描数据,将这组数据同时用于两次分析。这使得随机噪声被放大了,从而更易得到特定脑区与行为反应或人格特质的相关性。这样重复提取数据很容易让研究者得出一些看似激动人心其实明显草率的结论。例如,有研究者将神经质归于大脑杏仁核活动的增强,而杏仁核是负责加工恐惧和其他负面情绪的区域。
沃尔和帕希勒等人的批评对有关研究者起到了警醒作用。现在,重复提取数据的错误已日渐减少。越来越多研究者认为,将复杂的人格特质和特定的大脑区域(如杏仁核)联系起来是不现实的;人格特质应该与“大量脑区的复杂相互作用”有关。

数据挖掘
然而,其他严重的问题却暴露出来。美国密歇根大学的一项研究指出,一个功能磁共振成像实验的数据可能有近7000种分析方法,而且得到的结果可能存在很大差异。因为这种灵活性,研究者会不自觉甚至有意识地采用最有利于出结果的方法来分析数据。一个研究发现,如果使用错误的分析方法,即使是一条死鱼也能在大脑扫描仪里“思考”。
美国斯坦福大学的约安尼迪斯与人合作分析了48篇综述论文中所涉及的730个研究,这些研究探讨了阿尔茨海默病和慢性疼痛等神经疾病的致病因素和治疗方案。研究团队计算了每个研究成功检测到真实效应的可能性,即统计功效。
他们得到的结论是残酷的。这些研究的平均统计功效约为20%,也就是说,80%的研究可能错失了真实存在的生物效应或机制,从而导致研究结果呈假阴性。统计功效低的主要原因在于研究样本量太少。低统计功效带来了双重不确定性。一是可能错过眼前真实存在的效应,二是得到了看似重要的结果,但它很可能并不是真实存在的效应。
约安尼迪斯和他的同事发现,和许多科学领域一样,神经科学研究的论文倾向于报告阳性结果,其比例比预期的要高。究其原因,一是学术期刊很少发表阴性结果;还存在另一种可能,约安尼迪斯称之为“数据挖掘”——研究者从实验中获得大批量数据,然后不断提取、拆分数据,直到分析出可供发表的满意结果为止。
想要确切地知道哪些研究结果是正确的,哪些是错误的,两者分别占多少,研究者必须重复所有的研究发现,但他们通常不会这样做。约安尼迪斯认为,如今神经科学领域发表的文章,很多结论可能是不正确的。
在这些担忧下,在不确定的迷雾中,我们以前对大脑的认识似乎瓦解了。但毋庸置疑的是,过去一个世纪以来神经科学领域确实取得了很大的进步。虽然约安尼迪斯和他的同事得出的结论很有说服力,足以让我们重新评估现有的知识体系,但是,他们的观点也将会带来更多揭开心理活动机制的研究成果。当迷雾散去,更精致的理论将会出现。

(本文编译者高嘉涛就读于华东师范大学心理与认知科学学院,汪晨波为华东师范大学心理与认知科学学院讲师、晨晖学者、博士)

转载请注明 文章来源:《科学画报》

〖 欲看更精彩文章、图片,请购买科学画报。每月月初出版发行,铜板纸彩色印刷,每本仅售8.00元 〗 

 
《科学画报》2016© 版权所有 沪ICP备05024827号