Desetine hiljada fMRI studija mozga mogu biti pogrešne

Svi su vidjeli lijepe slike ljudskog mozga osvijetljene jarkocrvenim, narandžastim, žutim i plavim tonovima. Slike su preuzete iz studija mapiranja mozga koje koriste fMRI (funkcionalno snimanje magnetskom rezonancom) za identifikaciju područja mozga koja su aktivna kada ljudi obavljaju kognitivne zadatke ili zadatke ponašanja. U posljednjih 20 godina objavljeno je na desetine hiljada studija koje donose zaključke na osnovu podataka fMRI o tome šta se dešava u mozgu. Istraživanja sada pokazuju da mnoge, ako ne i većina, ovih studija mogu imati ozbiljne nedostatke.

U studiji mapiranja mozga, grupa ljudi izvodi eksperimentalni zadatak dok se podvrgava MR. Na primjer, eksperimentalna grupa može dobiti jednostavan memorijski zadatak, poput pokušaja da se prisjeti što je moguće više riječi sa popisa riječi koje je nedavno vidjela. Kontrolna grupa dobija drugačiji zadatak koji ne uključuje memoriju. FMRI analiza mjeri neuronsku aktivnost u istim područjima mozga za obje grupe. Područja koja imaju visoku razinu aktivnosti za one koji obavljaju memorijske zadatke, ali ne i za kontrole, identificiraju se kao dijelovi mozga koji igraju ulogu u pamćenju.

Ova se metodologija oslanja na sposobnost preciznog mjerenja različitih nivoa aktivnosti u malim dijelovima mozga. Identificiranje ovih razlika nije tako lako kako bi moglo izgledati na slikama mozga osvijetljenih lijepim bojama jer su kritična područja mozga često aktivna i u eksperimentalnoj i u kontrolnoj skupini. Poteškoća ne leži u razlikovanju područja koje je aktivno od područja koje nije, već u razlikovanju koje je od dva područja aktivnije od drugog. Istraživanje objavljeno u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka sugerira da mjerenje ovih razlika u moždanoj aktivnosti možda nije tako precizno ili pouzdano kao što se ranije mislilo.

Istraživači su bili zainteresirani za ispitivanje da li statističke metode koje se koriste za analizu podataka fMRI daju valjane rezultate. Ispitali su tri softverska paketa koji se obično koriste u fMRI istraživanju, SPM (statističko parametarsko mapiranje), FSL (FMRIB softverska biblioteka) i AFNI (analiza funkcionalnih neuro slika). Testirali su softver za analizu koristeći fMRI podatke uzete iz međunarodnih inicijativa za razmjenu podataka o neuroslikama.

Istraživači su ispitali niz statističkih testova koji se obično koriste u fMRI analizama. Nijedan test nije savršen. Svaki test će dati lažno pozitivne rezultate koji su slučajevi u kojima test pokazuje da postoji razlika, a zapravo stvarna razlika ne postoji. Na primjer, prema A merican Cancer Society, mamografi su najbolji dostupni test za rak dojke, a ipak će oko 50% žena koje godišnje imaju mamografiju imati barem jedan lažno pozitivan rezultat u razdoblju od 10 godina.

Istraživači su testirali statističke pakete sa podacima fMRI stanja mirovanja. Podaci o stanju mirovanja uzimaju se iz kontrolnih uslova u kojima se od ljudi traži da se odmore bez razmišljanja o bilo čemu posebnom dok se podvrgavaju MRI testu. Učesnici će razmišljati o nečemu, ali ne bi trebalo biti sistematskih trendova u njihovim podacima fMRI jer će vjerojatno razmišljati o različitim stvarima.

Budući da ne bi trebalo biti značajnih trendova u podacima o stanju mirovanja, očekivalo se da će lažno pozitivne stope za statistička ispitivanja koja su proveli istraživači zadovoljiti prihvaćeni standard za naučni rad od 5% ili manje. Međutim, istraživači su pokazali da neki od statističkih testova koji se obično koriste u fMRI studijama mogu proizvesti lažno pozitivne rezultate čak u 70% slučajeva. Drugim riječima, više od polovine pogrešnih statističkih analiza može ukazivati ​​na to da je područje mozga aktivno kada nije. Ovo je ozbiljan problem.

Veličina područja u mozgu koja se mjeri za neuronsku aktivnost važno je razmatranje u fMRI analizama. Osnovna mjerna jedinica je voksel koji je trodimenzionalni ekvivalent piksela. Istraživači su izvršili analize s vokselima u rasponu od 2 do 8 kubnih milimetara koji su uobičajeno korištene dimenzije u fMRI istraživanju.

Kao i pikseli, vokseli su toliko mali da mogu biti nepraktični ili računski nezgrapni za upotrebu u istraživanju mapiranja mozga. Zamislite da morate pročitati ovaj članak svjesnim organiziranjem piksela na ekranu u pojedina slova prije nego što počnete čitati riječi. Istraživači rješavaju ovaj problem analizirajući grupe voksela nazvane klasteri. Grupe bolje rade hvatajući funkcionalno značajna područja mozga, baš kao što grupe piksela bolje rade predstavljanje objekata na ekranu.

Svi statistički testovi dobro su se izvršili kada su analize vršene na vokselima. Međutim, kada su analize provedene na klasterima, parametarski testovi (s jednim izuzetkom) dali su lažno pozitivne rezultate po neprihvatljivo visokim stopama. Parametarski statistički testovi počivaju na pretpostavci da se populacija iz koje se uzimaju podaci može točno opisati raspodjelom vjerojatnosti. Često se pretpostavlja da je to Gaussova ili normalna distribucija. Neparametarski testovi ne čine ovu pretpostavku.

Parametarski testovi se često preferiraju jer su točniji i precizniji kada je pretpostavka o temeljnoj distribuciji točna. Očigledno, pretpostavke o raspodjeli klastera voksela koje su napravili paketi statističke analize nisu točne jer su lažni pozitivi bili vrlo visoki za parametarska ispitivanja i tipično su bili 5% ili manje za neparametarske testove.

Parametarski statistički testovi na skupljenim podacima fMRI bili su izvor većine neprihvatljivo visokih stopa lažno pozitivnih rezultata. Nažalost, ova vrsta statističke analize je vrlo česta u fMRI istraživanju. Zaključci o tome gdje se odvija aktivnost u mozgu do kojih je došlo u studijama koje su koristile pogrešne analize mogu biti pogrešne. Istraživači ističu da je nemoguće ponoviti oko 40.000 fMRI studija objavljenih u posljednjih 20 godina. Oni preporučuju da buduća istraživanja vode računa o izbjegavanju korištenja statističkih alata koji proizvode napuhane lažne pozitivne rezultate.

Za one od nas koji se ne bavimo fMRI istraživanjem, bilo bi dobro razmisliti o svemu što mislimo da znamo o tome šta se dešava u mozgu na osnovu studija fMRI. Slike su lijepe; zaključci koji su izvedeni iz tih slika? - ne toliko.

Nešto drugačija verzija ovog članka pojavila se na Forbesu .