Hjernen er det mest komplekse objekt i det kendte univers. Omkring 100 milliarder neuroner frigiver hundredvis af neurotransmittere og peptider i en dynamik, der spænder over tidsskalaer fra mikrosekunder til livstid. I betragtning af denne kompleksitet kan neurobiologer bruge produktive karrierer på at studere en enkelt receptor.
Marr (1977) foreslog, at mentale processer kan studeres på tre analyseniveauer: beregningsteknisk (målene for processen), algoritmisk (metoden) og implementering (hardwaren). Adskillelsen indebærer, at de samme beregningsmæssige mål og algoritmer kan gennemføres af en menneskehjerne eller en computer, og at det fysiske medium – neuron eller silicium – er irrelevant. Dette begreb var grundlæggende for den kognitive videnskabsbevægelse og har givet dens udøvere tilladelse til at ignorere hjernen uden videre. Men det er blevet alvorligt anfægtet: En beregning på højt niveau (f.eks. at beslutte det næste træk i et skakspil) kan udføres på et stort set uendeligt antal måder. At opbygge en computermodel, der klarer det beregningsmæssige mål, siger ikke meget om, hvorvidt den gør det på samme måde som et menneske ville gøre det. Hardwaren giver kritiske begrænsninger på rummet af mulige modeller.
Debatten om, hvorvidt vi er nødt til at studere hjernen for at forstå sindet, føres nu blandt et netværk af tusindvis af videnskabsfolk og forskere verden over. Den begyndende konsensus synes at være, at gennemførelsen er vigtig. Interessant nok bliver det omvendte spørgsmål også stillet af neurobiologer – skal vi overveje sindet for at forstå hjernen – og besvares i vid udstrækning og i stigende grad bekræftende.
Vi kan lære meget om sindet uden at kende en neuron fra en astrocyt. Som jeg ofte gentager for mig selv og lejlighedsvis for andre: “Hvis du ønsker at forstå den menneskelige præstation, så studer den menneskelige præstation”. Men hjernedata giver oplysninger om sindet, som man ikke kan uddrage af selv de mest omhyggelige undersøgelser af adfærd. Kort sagt giver hjernedata et fysisk grundlag, der begrænser de utallige ellers plausible modeller for kognition. De giver os et direkte vindue til, hvilke mentale processer der involverer lignende og forskellige neurobiologiske processer, hvilket gør det muligt for os at bruge biologien til at “skære naturen ud i dens led” og forstå strukturen af mentale processer (Kosslyn, 1994). Hjernens funktioner giver også et fælles sprog til direkte at sammenligne og kontrastere processer, der ellers er “æbler og pærer”, som f.eks. opmærksomhed og følelser. Dette fælles sprog er et grundlag for integration af viden på tværs af forskellige typer af forskning – grundlæggende og klinisk, menneskelig og ikke-menneskelig.
Da de generelle anvendelser af neuroimaging er blevet veltalende diskuteret andetsteds, fokuserer jeg her på et par eksempler på, hvordan funktionel magnetisk resonansafbildning (fMRI) har været nyttig i mit arbejde (se Jonides, Nee, & Berman, 2006). Da enhver metode har sine begrænsninger, diskuterer jeg også nogle af faldgruberne ved at foretage psykologiske slutninger fra neuroimaging-data.
En anvendelse for mig har været i forståelsen af strukturen af følelses- og eksekutive kontrolprocesser og de måder, hvorpå kognitiv kontrol fungerer i følelsesmæssige og ikke-følelsesmæssige situationer. Mine kolleger og jeg har spurgt: Er smerte forskellig fra negative følelser som tristhed og vrede, eller er de varianter på et fælles tema? I metaanalyser har vi fundet, at smerte og negative følelser aktiverer forskellige hjernenetværk, men deler træk som f.eks. anterior cingulate og frontal cortex-aktivitet med en bredere klasse af processer, herunder opmærksomhed (Wager & Barrett, 2004; Wager, Reading & Jonides, 2004). I modsætning hertil engagerer forskellige varianter af negative følelser stort set overlappende netværk. Således synes smerte at være adskilt fra negative følelser, men fællestræk tyder på måder, hvorpå de kan dele underliggende processer såsom forhøjet opmærksomhed.
Spørgsmål om lighed og særpræg af mentale processer har været i centrum for psykologien siden dens begyndelse, men definitive svar har været undvigende. Konklusioner har i vid udstrækning været baseret på korrelationer i præstationer på tværs af opgaver (eller i fysiologiske reaktioner, for følelsers vedkommende). Men præstationsdata er relativt informationsfattige: Det faktum, at det tager ca. lige lang tid at gennemføre to opgaver, siger ikke meget om, hvorvidt de processer, der var involveret i valget af respons, var de samme. Fysiologiske reaktioner lider under lignende problemer med specificitet. Neuroimaging giver en meget rigere kilde til information: Hvis to opgaver aktiverer de samme hjerneområder i samme grad, er det sandsynligt, at de involverer lignende processer. Denne logik giver mulighed for at vurdere strukturen af mentale processer på grundlag af ligheden mellem deres hjerneaktiveringsmønstre. I en undersøgelse baseret på disse principper spurgte vi, om forskellige “executive control”-opgaver involverer et fælles hjernesubstrat (Wager, et al., 2005). Betydelig overlappende aktivering antydede et fælles netværk til kontrolleret valg af respons.
Men selv om spørgsmål om mekanisme er vanskeligere at behandle, kan neuroimaging også være informativt her. I en fMRI-undersøgelse af smerte fandt mine kolleger og jeg, at forventning om smertelindring induceret af placebo engagerer den frontale cortex og de smertelindrende mekanismer i mellemhjernen (Wager et al., 2004). Frontal aktivering tyder på et fælles substrat til opretholdelse af kognitiv kontekst, der former både perceptuelle/motoriske og affektive processer, og midbrainaktivering tyder på aktivering af opioide analgetiske systemer. Sådanne direkte beviser på de mekanismer, hvormed forventninger påvirker smerte, ville være svære at få uden at studere hjernen.
Undersøgelsen peger også på en yderligere fordel ved neuroimaging: I tilfælde, hvor selvrapportering kan være unøjagtig, kan billeddannelse give konvergerende direkte målinger af den centrale behandling af en stimulus. Mens forventninger kan påvirke smerterapporter af uinteressante årsager relateret til kognitiv rapporteringsbias, giver beviset for, at forventninger påvirker løbende smertebehandling, konvergerende beviser for, at de former smerteoplevelsen.
Ja, der er mange måder, hvorpå neuroimaging-data kan misbruges eller fejlfortolkes. Bruttoniveauer af regional hjerneaktivitet kan i nogle tilfælde være uinformative om ligheden af psykologiske opgaver: To uensartede opgaver kan involvere de samme regioner, men bruge forskellige populationer af neuroner eller involvere forskellige mønstre af konnektivitet mellem regioner. To ensartede opgaver kan involvere forskellige regioner, men involvere den samme type beregning. Neurale aktivitet kan overses, da observeret billeddannelsessignal kun indirekte afspejler neurale aktivitet, og observeret billeddannelsesaktivering er måske ikke afgørende for opgaven.
En af de største faldgruber er fristelsen til at observere hjerneaktivitet og drage slutninger om den psykologiske tilstand – for eksempel at udlede episodisk hukommelseshentning fra hippocampal aktivitet, frygt fra amygdala aktivitet eller visuel behandling fra aktivitet i den “visuelle cortex” (Barrett & Wager, 2006; Poldrack, 2006; Wager et al.., under tryk). Disse slutninger ignorerer omfanget af de processer, der kan aktivere hvert af disse områder, og indebærer en fejlslutning i ræsonnementet: “hvis hukommelse så hippocampus” er ikke det samme som “hvis hippocampus så hukommelse”. Det faktum, at få hjerneområder, herunder “den visuelle cortex”, er dedikeret til én proces, betyder, at selvrapportering stadig er den gyldne standard til vurdering af følelsesmæssige oplevelser og tankens indhold (Shuler & Bear, 2006). Dette er en alvorlig udfordring for dem, der f.eks. gerne vil vurdere dine mærkepræferencer eller dit politiske tilhørsforhold ud fra en hjernescanning. (Og er det ikke nemmere bare at spørge?)
Disse problemer er betydelige, men der findes ingen perfekt metode – en forståelse af sindet må fremkomme gennem en koordineret indsats ved hjælp af konvergerende beviser fra alle de værktøjer, vi har til rådighed. Mange af de ovennævnte problemer er ved at blive behandlet af fremskridt inden for dataindsamling og analysemetoder, ophobning af flere data om kortlægningen mellem hjernestruktur og psykologisk funktion og mere nuancerede synspunkter om, hvilke former for slutninger der er plausible. Jeg tror, at efterhånden som området modnes, vil ungdommens overdådighed vige for et mere fornuftigt syn på, hvornår og hvordan neuroimaging kan informere os om sindet. Det, vi allerede har lært, er betydeligt, og den accelererede integration på tværs af områderne fører til stadig flere og mere sofistikerede og sandfærdige modeller af sindet.
Barrett, L.F. og Wager, T.D. (2006). Følelsernes struktur: Bevis fra neuroimaging-undersøgelser. Current Directions in Psychological Science, 15, 79-83.
Jonides, J., Nee, D.E., Berman, M.G. (2006). Hvad har funktionel neuroafbildning fortalt os om sindet? Så mange eksempler, så lidt plads. Cortex, 42, 414-427.
Kosslyn, S. M. (1994). Udskæring af et system ved dets led. I billede og hjerne: Opløsningen af debatten om mental billeddannelse. Cambridge, MA: MIT Press.
Marr, D. og Poggio, T. (1977). Fra forståelse af beregning til forståelse af neurale kredsløb. Neurosciences Res Prog Bull, 15, 470-488.
Poldrack, R.A. (2006). Kan kognitive processer udledes af neuroimaging-data? Trends in Cognitive Sciences, 10, 59-63.
Shuler, M.G., Bear, M.F. (2006). Belønningstiming i den primære visuelle cortex. Science, 311, 1606-1609.
Wager, T.D. og Barrett, L.F. (2004). Fra affekt til kontrol: Functional specialization of the insula in motivation and regulation.
Wager, T.D., Reading S., Jonides, J. (2004). Neuroimaging-undersøgelser af skiftende opmærksomhed: En meta-analyse. Neuroimage, 22, 1679-1693.
Wager, T.D., et al. (2005). Fælles og unikke komponenter af responsinhibering afsløret ved fMRI. Neuroimage, 27, 323-340.
Wager, T.D. et al. (under tryk). Elementer af funktionel neuroimaging. I J. Cacioppo og R.J. Davidson (Ed.), Handbook of Psychophysiology. Cambridge, MA: Cambridge University Press.
Wager, T.D., et al. (2004). Placebo-inducerede ændringer i fMRI i forventning om og oplevelse af smerte. Science, 303, 1162-1167.