Проверка френологической теории методом нейровизуализации

МЕНЮ


Главная страница
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


2022-01-15 13:03

работа мозга

Скептическое отношение научного сообщества к френологии объясняется, помимо прочего, тем, что методология сторонников френологии несостоятельна даже по критериям того времени, когда она возникла – нач. XIX в. Френологи искали “орган влюбчивости”, исследуя головы “эмоциональных” молодых или недавно овдовевших женщин. “Орган воинственности” они искали, изучая плоские области на поверхности головы миролюбивых индусов. Френологический подход, таким образом, опирался на слабые и, возможно, даже оскорбительные стереотипы о различных социальных группах.

Учение основателя френологии Франца Йозефа Галля (1758-1828) о “чтении выпуклостей на черепе” в конечном счете было отвергнуто как из-за его фиксации на социальных категориях, так и из-за невозможности воспроизвести результаты френологических исследований. Эти научные недостатки были разоблачены такими анатомами как Поль Брока и Карл Вернике, которые первыми разработали нейробиологический метод картирования повреждений мозга. В то время как картирование повреждений мозга непосредственно описывало мозг, френология исходила из предположения о том, что морфология головы косвенно коррелирует с локальными функциями участков мозга.

Результаты картирования поражений мозга противоречили результатам френологических исследований. Например, Брока и Вернике определили, что латеральные области речи в коре головного мозга находятся примерно вокруг уха, в то время как френологи утверждали, что “орган речи” находится под глазом.

Оглядываясь назад, надо признать, что предположение френологов о том, что мозг организован вокруг функционально дискретных модулей, было провидческим. Однако идея о том, что мягкие ткани мозга могут существенно влиять на форму черепа, была и остается нонсенсом.

Или нет?

В данном исследовании была предпринята попытка проверить утверждения френологии XIX века, используя научные методы XXI века. Был поставлен следующий вопрос – коррелируют ли локальные изменения морфологии волосистой части головы, достоверно измеренные почти у шести тысяч испытуемых, с “наклонностями”, описанными Галлем, или нет. Для исторической полноты был также поставлен второй вопрос – отражает ли морфология головы морфологию мозга? Френологи полагали, что осмотр внешней поверхности головы дает косвенное представление о форме мозга, т. к. череп, из-за мягкости в период развития, должен изменять форму под давлением локально расширяющихся кортикальных структур.

Для проверки этих гипотез были использованы данные МРТ. Исходные снимки были разделены на части, изображающие мозг, и части, изображающие внешнюю поверхность головы. С помощью современных методов нейровизуализации был произведен поиск статистических связей между формой головы и характеристиками образа жизни, которые были приняты в качестве отражения “наклонностей” (современный аналог для этого френологического термина – функции).

Важно проверять идеи, даже устаревшие или одиозные, а не отвергать их сразу же. Настоящее исследование посвящено оценке френологических утверждений, самой тщательной из всех когда-либо предпринимавшихся, и нацелено на то, чтобы или подтвердить френологическую теорию, или выдвинуть наиболее сильные возражения против френологии.

Для исследования были использованы данные анатомической визуализации головного мозга, собранные в рамках “UK Biobank Imaging study” (Биобанк) – данные 5724 взрослых людей.

Для обработки данных использовался FSL Scalp Extraction Tool (SET). SET используется для оценки как внутренней, так и внешней поверхностей головы. Нейровизуализационные исследования обычно фокусируются на выделенном изображении мозга, но в данном случае анализировался не мозг, а поверхности головы.

Т1-взвешенные изображения были линейно выровнены по стандартному шаблону мозга (MNI152) с использованием FLIRT, и те же преобразования были применены к координатам вершин поверхностей головы. Таким образом, все поверхности головы были выровнены по соответствию между вершинами, что позволило сравнивать головы исследуемых людей. Кроме того, была применена нарисованная от руки маска для исключения поверхностей ниже носа, поскольку эти области сильно варьируются у разных людей и обычно исключались френологами.

Хотя некоторые френологи проводили глобальные измерения головы с помощью измерительной ленты или штангенциркуля, эта практика не была уникально френологической. Что было уникальным в френологии, так это ее акцент на локальных искривлениях головы, или “выпуклостях”. Поэтому в целях настоящего исследования была рассчитана средняя кривизна в каждой вершине поверхности головы. Вычисления проводились с 40962 вершинами, которые затем были сглажены на более крупной площади. Эти автоматически извлеченные показатели кривизны были сопоставлены с показателями образа жизни испытуемых.

С философской точки зрения, френология была организована вокруг метафоры мозга как совокупности физических “органов” с идентифицируемыми функциями, такими как “речь” или “любовь” или “импульс к размножению”. В френологии эти функции называются “наклонностями”. Хотя эти наклонности отличаются от функций, которые исследуются методом нейровизуализации в XX-XXI вв, подходы по сути не отличаются.

В дополнение к МРТ британский Биобанк включает данные многочисленных анкет и когнитивных тестов –  “показатели образа жизни”. Ответы испытуемых могут быть утвердительными/отрицательными (“Вы живете со своими родителями?”) или количественными (“Сколько у вас было сексуальных партнеров?”). Некоторые ответы с количественными значениями нужно было выбрать из заданного набора вариантов (“Как часто вы едите говядину?” – диапазон вариантов ответа от 0 до 4, где 0 означает “никогда”, а 4 означает “Я ем говядину ежедневно”). Показатели образа жизни были использованы в качестве заменителя для френологических “наклонностей”.

Галль писал о 27 наклонностях. Из их числа были отобраны 23, для которых можно было подобрать подходящий показатель образа жизни в британском Биобанке.

Френологическая наклонность – Показатель образа жизни

I Импульс к размножению (Любвеобильность) – Количество сексуальных партнеров

II Нежность к детям или родительская любовь (Чадолюбие) – Родственники, живущие вместе с участником исследования (сын/дочь/мать/отец)

III Дружеская привязанность или верность (Уживчивость) – Люди, живущие вместе с участником исследования, но не являющиеся его родственниками (муж/жена/партнер)

IV Дух противоречия, склонность к спорам – Профессия: адвокат, судья

V Убийство, плотоядность (Деструктивное поведение) – Потребление говядины

VI Хитроумие – Профессия: ученый

VII Склонность к присвоению вещей, чувство собственности (Стяжательство) –  Количество автомобилей в домашнем хозяйстве

VIII Гордость, высокомерие, властолюбие – Профессия: банкир

IX Честолюбие и тщеславие – Удовлетворенность финансовым положением

X Осмотрительность, осторожность – Частота употребления алкоголя

XI Обучаемость – Возраст, в котором было завершено образование

XII Инстинкт местности – Время, потраченное на легкую физическую активность (эта аналогия основана на предположении о том, что физически активные люди чаще выходят из дома)

XIV Вербальная память – Результаты теста, показывающие количество слов с буквы s названных в течение минуты

XV Способность к членораздельной речи – Профессия: писатель

XVI Склонность к раскрашиванию, наслаждение цветом – Профессия:  фотограф, художник

XVII Чувство звуков, музыкальный талант – Профессия: музыкант

XVIII Арифметика, счет, время – Профессия: математик

XIX Механическое мастерство – Сила хвата руки

XX Проницательность – Результаты теста, который оценивает способность решать задачи, требующие логических рассуждений, независимо от полученных знаний

XXI Метафизический ум – Профессия: духовенство

XXII Понимание причинно-следственных связей – Профессия: писатель, актер

XXIII Поэтический талант – Профессия: поэт 

XXIV Добродушие, сострадание, нравственное чувство – Сфера деятельности: благотворительность

Для проверки утверждения френологии о том, что выпуклости на голове связаны с индивидуальными чертами, была использована многомерная регрессия для поиска ассоциаций между локальными искривлениями поверхности головы и показателями образа жизни.

Чтобы проверить второе утверждение френологии о том, что выпуклости на голове должны отражать форму коры головного мозга, было проведено сопоставление локальных искривлений головы с индексом гирификации (после проекции кортикальной гирификации на поверхность головы).

Результат исследования: френологический анализ не дает статистически значимых результатов.

В настоящем исследовании была предпринята попытка проверить фундаментальное утверждение френологии: измерение контура головы является надежным методом определения умственных способностей. Не было найдено никаких доказательств этого утверждения.

Во-первых, было исследовано влияние гирификации мозга на локальные искривления поверхности, т. к. френология утверждает наличие связи между морфологией головы и мозга. В действительности гирификация мозга очень слабо связана с локальной кривизной поверхности головы.

Во-вторых, локальная кривизна поверхности головы была соотнесена с набором показателей образа жизни, интерпретируемых как викторианские “наклонности” (например, “количество сексуальных партнеров в течение жизни” использовалось в качестве аналога для “влюбчивости” или “импульса к размножению”). Не найдено никаких доказательств, подтверждающих это фундаментальное утверждение френологии. Поэтому нет оснований доверять френологическим картам головы. Ни одна область на голове не коррелирует ни с одной из проверенных “наклонностей”.

Связь между показателями образа жизни и морфологией мозга известна и не вызывают сомнений в нейробиологии XXI века. Особенностью френологии является ее акцент на том, что внешняя поверхность черепа отражает особенности мозга, а следовательно, особенности личности и поведения.

Сильными сторонами настоящего исследования являются автоматизация измерений головы по данным МРТ и крупный размер выборки. Хотя френологи имели доступ к инструментам, таким как измерительная лента и штангенциркуль, и даже предпринимались некоторые попытки автоматизировать измерения (психограф), френология обычно полагалась на “пальпацию”, т. е. ручное обследование голов испытуемых. Справочные материалы, включая френологические диаграммы и головы Фаулера, были результатом слабых исследований, основанных на отдельных случаях из практики.

Очевидной слабостью настоящего исследования является использование “психологии наклонностей” XIX века с ее описанием человеческой природы в своеобразных терминах, таких как “Любвеобильность” и “Чадолюбие”, а также приравнивание таких атрибутов, как “деструктивное поведение” и “поедание мяса”, что может показаться странным. Можно возразить, что следовало бы использовать более современную онтологию. Однако френологическая “психология наклонностей” не так сильно отличается от современных онтологий, как может показаться на первый взгляд. В литературе по нейровизуализации можно легко найти примеры ”наклонностей” XIX в., хотя и под другими названиями. Несмотря на акцент на методах XXI в., исследование было основано на викторианских концепциях. Выбранные особенности образа жизни также охватывали широкий спектр поведенческих и когнитивных областей (например, двигательные навыки, речь, пространственное восприятие, принятие решений и т. д.).

Френологическая наклонность – Современный эквивалент в нейровизуализационных исследованиях – Участок мозга

  • Импульс к размножению (Любвеобильность) – Отделение объекта влюбленности от других людей – Базальные ганглии
  • Честолюбие и тщеславие – Активация, связанная с оценкой себя в противопоставлении другим – Медиальная префронтальная кора
  • Осмотрительность, осторожность – Активация, связанная с предотвращением вреда – Прилежащее ядро
  • Арифметика, счет, время – Активация, связанная со счетом – Угловая извилина

Что касается замечания о том, что френология уже давно признана псевдонаукой, и что ее утверждения не нуждаются в строгой проверке, то действительно трудно найти время в истории, когда френология не подвергалась серьезной критике. Даже в 1815 г., в тот год, когда Шпурцгейм опубликовал свою известную книгу о методе Галля, френология была отвергнута рецензентом как “образец всестороннего шарлатанства от начала до конца” [1]. Рецензент не только не согласился с использованием пальпации в качестве метода измерения мозга и умственных способностей, но также возражал против идеи, что мозг может состоять из нескольких специализированных компонентов, написав следующее:

“Случаи, когда части различных размеров были удалены почти из всех областей этого органа [мозга], без малейшего нарушения Интеллекта или Способностей, многочисленны и однозначны”.

Эта вторая идея, известная сегодня как “функциональная специализация” или “сегрегация”, оказалась центральной для нашего понимания мозга со времен первого знаменитого тематического исследования Брока. Об этом стоит упомянуть для того, чтобы подчеркнуть важность эмпиризма и проверки невероятно звучащих теорий. Утверждение френологии о том, что форма головы может отражать функции мозга, априори не является бессмысленным. Безусловно, верно, что форма головы отражает умственные способности в экстремальных патологических случаях, таких как гидроцефалия, когда увеличение размера головы может отражать прогрессирующую вентрикуломегалию. В здоровой популяции адекватное детское питание может привести к повышению показателей интеллекта и к параллельному росту черепа, так что можно обнаружить корреляцию между тестами на интеллект и локальными искривлениями поверхности головы. Это говорит о том, что френологическая гипотеза не опровергается одними только кабинетными методами, но требует эмпирической проверки.

Тем не менее, наука не может проверять все гипотезы. Из-за ограниченности ресурсов ученые должны выбирать, какой эксперимент стоит проводить. Было бы нереалистично и даже неэтично проводить МРТ тысячам испытуемых для проверки давно заброшенной теории. Однако одно из многих преимуществ проектов с большими данными, таких как Биобанк Великобритании, заключается в том, что они предоставляют ресурсы для поиска ответов на вопросы, которые в противном случае могли бы остаться непроверенными.

Перевод: Филиппов Д.С.

Основной источник: Parker Jones O., Alfaro-Almagro F., Jbabdi S. An empirical, 21st century evaluation of phrenology // Cortex, Volume 106, September 2018, pp. 26-35

Ссылки:

[1] J. Gordon The doctrines of Gall and Spurzheim // Edinburgh Review, 25 (1815), pp. 227-268


Источник: psyandneuro.ru

Комментарии: