Az agy a legösszetettebb tárgy az ismert univerzumban. Mintegy 100 milliárd neuron neurotranszmitterek és peptidek százait szabadítja fel a mikroszekundumtól az élethosszig terjedő időskálákon átívelő dinamikában. Tekintettel erre a komplexitásra, a neurobiológusok termékeny karriert tölthetnek egyetlen receptor tanulmányozásával. Lehet, hogy a pszichológusok eredményesebben értik meg az elmét, ha teljesen figyelmen kívül hagyják az agyat?
Marr (1977) javasolta, hogy a mentális folyamatokat három elemzési szinten lehet tanulmányozni: számítási (a folyamat céljai), algoritmikus (a módszer) és végrehajtási (a hardver) szinten. A szétválasztás azt jelenti, hogy ugyanazokat a számítási célokat és algoritmusokat megvalósíthatja egy emberi agy vagy egy számítógép, és a fizikai közeg – neuron vagy szilícium – irreleváns. Ez a koncepció alapvető volt a kognitív tudományok mozgalmában, és engedélyt adott annak művelőinek arra, hogy kényelmesen figyelmen kívül hagyják az agyat. Ezt az elképzelést azonban komolyan megkérdőjelezték: Egy magas szintű számítás (pl. a következő lépés eldöntése egy sakkjátszmában) gyakorlatilag végtelen számú módon elvégezhető. Egy olyan számítógépes modell megalkotása, amely teljesíti a számítási célt, nem sokat mond arról, hogy ugyanolyan módon teszi-e azt, mint az ember. A hardver kritikus korlátokat szab a lehetséges modellek terére.
A vita arról, hogy tanulmányoznunk kell-e az agyat ahhoz, hogy megértsük az elmét, jelenleg világszerte több ezer tudós és tudós hálózatában folyik. A kialakulóban lévő konszenzus az látszik lenni, hogy a megvalósítás fontos. Érdekes módon a fordított kérdést a neurobiológusok is felteszik – kell-e figyelembe vennünk az elmét ahhoz, hogy megértsük az agyat?-, és a válaszok nagyrészt és egyre inkább igenlőek.
Sokat tanulhatunk az elméről anélkül, hogy egy neuront megismernénk egy asztrocitától. Ahogy gyakran ismételgetem magamnak és időnként másoknak is: “Ha meg akarod érteni az emberi teljesítményt, tanulmányozd az emberi teljesítményt”. Az agyi adatok azonban olyan információkkal szolgálnak az elméről, amelyeket még a leggondosabb viselkedésvizsgálatokból sem lehet kinyerni. Röviden, az agyi adatok olyan fizikai alapot nyújtanak, amely korlátozza a megismerés számtalan, egyébként hihető modelljét. Közvetlen ablakot adnak arra, hogy a mentális folyamatok milyen hasonló és különböző neurobiológiai folyamatokat foglalnak magukban, lehetővé téve számunkra, hogy a biológiát arra használjuk, hogy “a természetet az ízületeinél kifaragjuk”, és megértsük a mentális folyamatok szerkezetét (Kosslyn, 1994). Az agyműködés egy közös nyelvet is biztosít olyan folyamatok közvetlen összehasonlításához és szembeállításához, amelyek egyébként “alma és narancs”, mint például a figyelem és az érzelmek. Ez a közös nyelv az alapja a különböző típusú kutatások – alapvető és klinikai, emberi és nem emberi – ismeretek integrálásának.
Mivel a neuroimaging általános felhasználási módjait máshol már ékesszólóan tárgyalták, itt néhány példára összpontosítok, hogy a funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) hogyan bizonyult hasznosnak a munkám során (lásd Jonides, Nee, & Berman, 2006). Továbbá, mivel minden módszernek megvannak a maga korlátai, kitérek néhány buktatóra, amikor pszichológiai következtetéseket vonunk le a neuroimaging adatokból.
Az egyik felhasználási lehetőség számomra az érzelmek és a végrehajtó kontroll folyamatok szerkezetének megértése volt, valamint a kognitív kontroll működésének módja érzelmi és nem érzelmi helyzetekben. A kollégáim és én azt kérdeztük: Különbözik-e a fájdalom az olyan negatív érzelmektől, mint a szomorúság és a harag, vagy ezek egy közös téma változatai? Metaanalízisekben azt találtuk, hogy a fájdalom és a negatív érzelmek különböző agyi hálózatokat aktiválnak, de közösek az olyan jellemzők, mint az anterior cinguláris és a frontális kéreg aktivitása a folyamatok szélesebb osztályával, beleértve a figyelmet (Wager & Barrett, 2004; Wager, Reading & Jonides, 2004). Ezzel szemben a negatív érzelmek különböző fajtái nagymértékben átfedő hálózatokat vesznek igénybe. Így a fájdalom látszólag elkülönül a negatív érzelmektől, de a közös vonások arra utalnak, hogy a mögöttes folyamatok, mint például a fokozott figyelem, közösek lehetnek.
A mentális folyamatok hasonlóságára és különállóságára vonatkozó kérdések a pszichológia kezdete óta a pszichológia középpontjában állnak, de végleges válaszok nem születtek. A következtetések nagyrészt a feladatok közötti teljesítmény (vagy az érzelmek esetében a fiziológiai válaszok) korrelációin alapultak. A teljesítményadatok azonban viszonylag információszegények: az a tény, hogy két feladat elvégzése körülbelül ugyanannyi időt vesz igénybe, keveset mond arról, hogy a válasz kiválasztásában részt vevő folyamatok azonosak voltak-e. A fiziológiai válaszok hasonló specifitási problémákkal küzdenek. Az idegrendszeri képalkotás sokkal gazdagabb információforrást nyújt: ha két feladat ugyanolyan mértékben aktiválja ugyanazokat az agyi régiókat, akkor valószínűleg hasonló folyamatok játszanak szerepet. Ez a logika módot ad a mentális folyamatok szerkezetének értékelésére az agyi aktivációs mintázatok hasonlósága alapján. Egy ezeken az elveken alapuló vizsgálatban arra voltunk kíváncsiak, hogy a különböző “végrehajtó kontroll” feladatok közös agyi szubsztrátumot tartalmaznak-e (Wager, et al., 2005). A jelentős átfedő aktiváció a kontrollált válaszválasztás közös hálózatára utalt.
Bár a mechanizmusra vonatkozó kérdéseket nehezebb megválaszolni, a neuroimaging itt is informatív lehet. A fájdalom fMRI vizsgálatában kollégáim és én azt találtuk, hogy a placebo által kiváltott fájdalomcsillapítás elvárása a frontális kéreg és a középagy fájdalomcsillapító mechanizmusait aktiválja (Wager et al., 2004). A frontális aktiváció a kognitív kontextus fenntartásának közös szubsztrátumára utal, amely mind a perceptuális/motoros, mind az affektív folyamatokat alakítja, a középagyi aktiváció pedig az opioid analgetikus rendszerek bevonására utal. Ilyen közvetlen bizonyítékot az elvárások fájdalomra gyakorolt hatásának mechanizmusairól nehéz lenne szerezni az agy vizsgálata nélkül.
A tanulmány rámutat az idegrendszeri képalkotás további előnyére is: Azokban az esetekben, amikor az önbevallás pontatlan lehet, a képalkotás konvergáló közvetlen méréseket biztosíthat az inger központi feldolgozásáról. Míg az elvárások befolyásolhatják a fájdalomról szóló jelentéseket a kognitív jelentési torzítással kapcsolatos érdektelen okokból, a bizonyíték arra, hogy az elvárások befolyásolják a folyamatban lévő fájdalomfeldolgozást, konvergens bizonyítékot szolgáltat arra, hogy azok alakítják a fájdalomélményt.
Igen, a neuroképalkotási adatokkal sokféleképpen vissza lehet élni vagy félre lehet értelmezni. A regionális agyi aktivitás bruttó szintjei bizonyos esetekben nem lehetnek informatívak a pszichológiai feladatok hasonlóságáról: Két különböző feladat ugyanazokat a régiókat érintheti, de különböző neuronpopulációkat használhatnak, vagy a régiók közötti összekapcsolhatóság különböző mintázatait foglalhatják magukban. Két hasonló feladat különböző régiókat érinthet, de ugyanazzal a számítási típussal jár. Az idegi aktivitás kimaradhat, mivel a megfigyelt képalkotó jel csak közvetve tükrözi az idegi aktivitást, és a megfigyelt képalkotó aktiváció nem feltétlenül szükséges a feladathoz.
Az egyik legnagyobb buktató az a kísértés, hogy megfigyeljük az agyi aktivitást és következtetéseket vonjunk le a pszichológiai állapotra – például az epizodikus memória előhívására a hippokampusz aktivitásából, a félelemre az amygdala aktivitásából vagy a vizuális feldolgozásra a “vizuális kéreg” aktivitásából (Barrett & Wager, 2006; Poldrack, 2006; Wager et al, in press). Ezek a következtetések figyelmen kívül hagyják azoknak a folyamatoknak a körét, amelyek az egyes területeket aktiválhatják, és tévedést tartalmaznak az érvelésben: “ha memória, akkor hippokampusz” nem ugyanaz, mint “ha hippokampusz, akkor memória”. Az a tény, hogy kevés agyterület, beleértve a “vizuális kéreg” területét is, egy-egy folyamatnak van szentelve, azt jelenti, hogy az önbevallás még mindig az arany standard az érzelmi tapasztalatok és a gondolati tartalmak értékelésére (Shuler & Bear, 2006). Ez komoly kihívást jelent azok számára, akik például a márkapreferenciákat vagy a politikai hovatartozást szeretnék felmérni egy agyi szkennelés alapján. (És nem egyszerűbb csak megkérdezni?)
Ezek a problémák jelentősek, de nincs tökéletes módszer – az elme megértésének a rendelkezésünkre álló összes eszköz konvergáló bizonyítékait felhasználó összehangolt erőfeszítésből kell kialakulnia. A fenti kérdések közül számos kérdéssel az adatgyűjtési és elemzési módszerek fejlődése, az agyszerkezet és a pszichológiai funkciók közötti leképezéssel kapcsolatos több adat felhalmozódása, valamint az arra vonatkozó árnyaltabb nézetek, hogy milyen típusú következtetések hihetőek. Úgy vélem, hogy ahogy a terület érik, a fiatalkori túlbuzgóság átadja a helyét annak, hogy az idegrendszeri képalkotás mikor és hogyan tájékoztathat bennünket az elméről. Amit már most megtanultunk, az jelentős, és az egyes területek gyorsuló integrációja az elme egyre kifinomultabb és igazabb modelljeihez vezet.
Barrett, L.F. és Wager, T.D. (2006). Az érzelmek szerkezete: Evidence from neuroimaging studies. Current Directions in Psychological Science, 15, 79-83.
Jonides, J., Nee, D.E., Berman, M.G. (2006). Mit mondott nekünk a funkcionális neuroimaging az elméről? Ahány példa, annyi hely. Cortex, 42, 414-427.
Kosslyn, S. M. (1994). Egy rendszer faragása az ízületeinél. In Kép és agy: A mentális képalkotás vitájának feloldása. Cambridge, MA: MIT Press.
Marr, D. és Poggio, T. (1977). A számítások megértésétől az idegi áramkörök megértéséig. Neurosciences Res Prog Bull, 15, 470-488.
Poldrack, R.A. (2006). Lehet-e a kognitív folyamatokra következtetni a neuroimaging adatokból? Trends in Cognitive Sciences, 10, 59-63.
Shuler, M.G., Bear, M.F. (2006). A jutalom időzítése az elsődleges vizuális kéregben. Science, 311, 1606-1609.
Wager, T.D. és Barrett, L.F. (2004). Az affektustól a kontrollig: Az insula funkcionális specializációja a motivációban és a szabályozásban.
Wager, T.D., Reading S., Jonides, J. (2004). A figyelemváltás neuroimaging vizsgálatai: A meta-analysis. Neuroimage, 22, 1679-1693.
Wager, T.D., et al. (2005). A válaszgátlás fMRI-vel feltárt közös és egyedi összetevői. Neuroimage, 27, 323-340.
Wager, T.D. et al. (in press). A funkcionális neuroimaging elemei. In J. Cacioppo és R.J. Davidson (szerk.), A pszichofiziológia kézikönyve. Cambridge, MA: Cambridge University Press.
Wager, T.D., et al. (2004). Placebo-indukált változások az fMRI-ben a fájdalom előrejelzésében és megtapasztalásában. Science, 303, 1162-1167.