Человек лежит в тоннеле томографа и смотрит на экран. На картинке мозга загораются цветные пятна: «область страха», «область речи». Выглядит как прямой снимок работы мысли. На самом деле цветные пятна результат длинной цепочки измерений и расчётов, и понимать её нужно, чтобы не переоценивать выводы.
Что измеряют
Магнитно-резонансный томограф создаёт сильное магнитное поле и измеряет отклик ядер водорода. Функциональная МРТ (фМРТ) использует то, что гемоглобин без кислорода (дезоксигемоглобин) слегка меняет магнитные свойства. Когда нейроны в области активны, им нужно больше энергии, и к ним приливает больше крови, причём с избытком, так что доля насыщенной кислородом крови там растёт. Сигнал в этом месте слегка усиливается. Такой сигнал назвали BOLD (зависящий от уровня кислорода в крови). Принцип описал Сэйдзи Огава с коллегами в 1990 году.
Что важно знать
- Сигнал косвенный. Мы измеряем кровоток, а не электрическую активность нейронов. Связь между ними сложная.
- Он медленный. Реакция на событие достигает максимума через 4–6 секунд, а нейроны работают за миллисекунды (в этом ЭЭГ лучше, см. «Как работает ЭЭГ»).
- Он небольшой. Изменение сигнала составляет обычно несколько процентов, поэтому результаты усредняют по многим повторам и людям.
- Разрешение. Пространственная точность порядка миллиметров: в одной ячейке (вокселе) сотни тысяч нейронов.
- Вывод строится на сравнении: активность во время задачи минус активность в контрольном состоянии.
Что можно и нельзя
Николас Логотетис в обзоре 2008 года рассмотрел возможности и ограничения метода. Он подчеркнул, что BOLD отражает в основном входящие сигналы и локальную обработку, а не выход нейронов, и что его интерпретация зависит от условий. Кроме того, важны следующие замечания.
- Обратный вывод. Если область «загорелась» при страхе, нельзя утверждать, что она «центр страха»: та же область активна во множестве задач. Рассуждение «активна область X, значит человек испытывает Y» ненадёжно (Расселл Полдрак, 2006).
- Статистические ловушки. Анализ тысяч вокселей легко даёт ложные «находки». Известный постер про «мёртвого лосося», у которого «нашли» мозговую активность, показал необходимость поправок. В 2016 году Андерс Экланд и коллеги показали, что часть популярных программ завышала значимость результатов, и это вызвало пересмотр методов.
- Завышенные корреляции. Эдвард Вул и коллеги (2009) заметили, что некоторые работы получали слишком высокие связи между мозгом и чертами личности из-за способа отбора данных.
- Малые выборки и воспроизводимость. Исследования на двадцати людях часто не повторяются.
Что умеет фМРТ
- Показывать, какие области включаются при задачах, например при чтении или счёте.
- Исследовать связи между областями в покое (см. «Сеть пассивного режима»).
- Планировать нейрохирургию, определяя расположение речи и движения.
- Изучать различия между группами, развитие и старение мозга.
Чего не умеет
Метод не читает мысли, не диагностирует по одному снимку психические расстройства или черты характера, не годится как детектор лжи. Томографию делают в клиниках по назначению, она безопасна и не использует излучения. Но опираться в бытовых выводах на цветные картинки в новостях не стоит.