Creierul este cel mai complex obiect din universul cunoscut. Aproximativ 100 de miliarde de neuroni eliberează sute de neurotransmițători și peptide într-o dinamică ce se întinde pe scări de timp de la microsecundă la întreaga viață. Având în vedere această complexitate, neurobiologii își pot petrece cariere productive studiind un singur receptor. Ar putea psihologii să înțeleagă mai productiv mintea ignorând cu totul creierul?
Marr (1977) a sugerat că procesele mentale pot fi studiate la trei niveluri de analiză: computațional (obiectivele procesului), algoritmic (metoda) și implementarea (hardware-ul). Această separare implică faptul că aceleași obiective și algoritmi computaționali pot fi realizate de un creier uman sau de un computer, iar mediul fizic – neuronul sau siliciul – este irelevant. Acest concept a fost fundamental pentru mișcarea științelor cognitive și le-a dat practicanților săi permisiunea de a ignora confortabil creierul. Dar a fost serios contestat: Un calcul de nivel înalt (de exemplu, decizia privind următoarea mutare într-un joc de șah) poate fi realizat într-un număr practic infinit de moduri. Construirea unui model de calculator care realizează obiectivul de calcul nu spune prea multe despre faptul că acesta face acest lucru în același mod în care ar face-o un om. Hardware-ul oferă constrângeri critice asupra spațiului de modele posibile.
Dezbaterea dacă trebuie să studiem creierul pentru a înțelege mintea se desfășoară acum în cadrul unei rețele de mii de oameni de știință și cercetători din întreaga lume. Consensul emergent pare a fi acela că implementarea este importantă. În mod interesant, întrebarea inversă este, de asemenea, pusă de neurobiologi – avem nevoie să luăm în considerare mintea pentru a înțelege creierul?” – și se răspunde în mare parte și din ce în ce mai mult în mod afirmativ.
Potem învăța multe despre minte fără a deosebi un neuron de un astrocit. Așa cum îmi repet adesea mie însumi și ocazional și altora: „Dacă vreți să înțelegeți performanța umană, studiați performanța umană”. Dar datele despre creier oferă informații despre minte care nu pot fi culese nici măcar din cele mai atente studii de comportament. Pe scurt, datele cerebrale oferă o bază fizică care constrânge nenumăratele modele de cunoaștere plauzibile altfel. Ele ne oferă o fereastră directă pentru a vedea ce procese mentale implică procese neurobiologice similare și diferite, permițându-ne să folosim biologia pentru a „sculpta natura la articulațiile sale” și a înțelege structura proceselor mentale (Kosslyn, 1994). Funcția creierului oferă, de asemenea, un limbaj comun pentru a compara și contrasta în mod direct procese care altfel sunt „mere și portocale”, cum ar fi atenția și emoția. Acest limbaj comun este o bază pentru integrarea cunoștințelor între diferite tipuri de cercetare – fundamentală și clinică, umană și non-umană.
Deoarece utilizările generale ale neuroimagisticii au fost discutate în mod elocvent în altă parte, mă concentrez aici pe câteva exemple despre modul în care imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI) a fost utilă în activitatea mea (a se vedea Jonides, Nee, & Berman, 2006). De asemenea, deoarece fiecare metodă are limitările sale, discut unele dintre capcanele de a face inferențe psihologice din datele de neuroimagistică.
O utilizare pentru mine a fost în înțelegerea structurii emoției și a proceselor de control executiv, precum și a modurilor în care funcționează controlul cognitiv în situații emoționale și non-emoționale. Eu și colegii mei ne-am întrebat: Este durerea diferită de emoțiile negative, cum ar fi tristețea și furia, sau sunt ele variante pe o temă comună? În meta-analize am constatat că durerea și emoțiile negative activează rețele cerebrale distincte, dar împărtășesc trăsături cum ar fi activitatea cingulatului anterior și a cortexului frontal cu o clasă mai largă de procese, inclusiv atenția (Wager & Barrett, 2004; Wager, Reading & Jonides, 2004). În schimb, diferitele varietăți de emoție negativă angajează rețele care se suprapun în mare măsură. Astfel, durerea pare a fi distinctă de emoția negativă, dar elementele comune sugerează moduri în care acestea pot împărtăși procese subiacente, cum ar fi atenția sporită.
Întrebările despre similaritatea și distinctivitatea proceselor mentale au fost în centrul psihologiei încă de la începuturile sale, dar răspunsurile definitive au fost evazive. Inferențele s-au bazat în mare parte pe corelații în performanța între sarcini (sau în răspunsurile fiziologice, pentru emoții). Dar datele privind performanța sunt relativ sărace în informații: faptul că două sarcini durează aproximativ la fel de mult timp pentru a fi finalizate spune prea puțin despre faptul că procesele implicate în selectarea răspunsului au fost aceleași. Răspunsurile fiziologice suferă de probleme similare de specificitate. Neuroimagistica oferă o sursă mult mai bogată de informații: dacă două sarcini activează aceleași regiuni ale creierului în aceeași măsură, este probabil ca ele să implice procese similare. Această logică oferă o modalitate de a evalua structura proceselor mentale pe baza similitudinii modelelor de activare cerebrală a acestora. Într-un studiu bazat pe aceste principii, am întrebat dacă diverse sarcini de „control executiv” implică un substrat cerebral comun (Wager, et al., 2005). O suprapunere substanțială a activării a sugerat o rețea comună pentru selecția controlată a răspunsului.
Deși întrebările despre mecanism sunt mai dificil de abordat, neuroimagistica poate fi informativă și în acest caz. Într-un studiu fMRI al durerii, colegii mei și cu mine am descoperit că așteptarea ameliorării durerii induse de un placebo angajează cortexul frontal și mecanismele de ameliorare a durerii din creierul mijlociu (Wager et al., 2004). Activarea frontală sugerează un substrat comun pentru menținerea contextului cognitiv care modelează atât procesele perceptuale/motorii, cât și cele afective, iar activarea mezencefalică sugerează implicarea sistemelor analgezice opioide. Astfel de dovezi directe privind mecanismele prin care așteptările afectează durerea ar fi greu de obținut fără a studia creierul.
Studiul evidențiază, de asemenea, un beneficiu suplimentar al neuroimagisticii: În cazurile în care auto-raportarea poate fi inexactă, imagistica poate oferi măsuri directe convergente ale procesării centrale a unui stimul. În timp ce așteptările ar putea afecta rapoartele de durere din motive neinteresante legate de prejudecata cognitivă de raportare, dovezile că așteptările afectează procesarea continuă a durerii oferă dovezi convergente că acestea modelează experiența durerii.
Da, există multe moduri în care datele de neuroimagistică pot fi folosite sau interpretate greșit. Nivelurile brute ale activității cerebrale regionale ar putea fi, în unele cazuri, neinformative cu privire la similaritatea sarcinilor psihologice: Două sarcini diferite pot implica aceleași regiuni, dar folosesc populații diferite de neuroni sau implică modele diferite de conectivitate între regiuni. Două sarcini similare pot implica regiuni diferite, dar implică același tip de calcul. Activitatea neuronală poate fi ratată, deoarece semnalul imagistic observat reflectă doar indirect activitatea neuronală, iar activarea imagistică observată poate să nu fie esențială pentru sarcină.
Una dintre cele mai mari capcane este tentația de a observa activitatea cerebrală și de a face deducții despre starea psihologică – de exemplu, de a deduce recuperarea memoriei episodice din activitatea hipocampului, frica din activitatea amigdalei, sau procesarea vizuală din activitatea din „cortexul vizual” (Barrett & Wager, 2006; Poldrack, 2006; Wager et al, în curs de publicare). Aceste inferențe ignoră domeniul de aplicare a proceselor care pot activa fiecare dintre aceste zone și implică o eroare de raționament: „dacă memoria, atunci hipocampul” nu este același lucru cu „dacă hipocampul, atunci memoria”. Faptul că puține zone ale creierului, inclusiv „cortexul vizual”, sunt dedicate unui singur proces înseamnă că auto-raportarea este încă standardul de aur pentru evaluarea experienței emoționale și a conținutului gândirii (Shuler & Bear, 2006). Aceasta este o provocare serioasă pentru cei care ar dori, de exemplu, să vă evalueze preferințele de marcă sau afilierea politică în urma unei scanări cerebrale. (Și nu este mai ușor să întrebi pur și simplu?)
Aceste probleme sunt semnificative, dar nu există o metodă perfectă – o înțelegere a minții trebuie să apară dintr-un efort coordonat care să folosească dovezi convergente din toate instrumentele pe care le avem la dispoziție. Multe dintre problemele de mai sus sunt abordate prin progrese în metodele de achiziție și analiză a datelor, prin acumularea mai multor date privind cartografierea dintre structura creierului și funcția psihologică și prin viziuni mai nuanțate cu privire la tipurile de deducții plauzibile. Cred că, pe măsură ce acest domeniu se maturizează, exuberanța din tinerețe va face loc unei viziuni mai echilibrate asupra momentului și a modului în care neuroimagistica ne poate informa despre minte. Ceea ce am învățat deja este considerabil, iar integrarea accelerată între domenii duce la modele din ce în ce mai multe și mai sofisticate și veridice ale minții.
Barrett, L.F. și Wager, T.D. (2006). Structura emoției: Dovezi din studiile de neuroimagistică. Current Directions in Psychological Science, 15, 79-83.
Jonides, J., Nee, D.E., Berman, M.G. (2006). Ce ne-a spus neuroimagistica funcțională despre minte? Atât de multe exemple, atât de puțin spațiu. Cortex, 42, 414-427.
Kosslyn, S. M. (1994). Sculptarea unui sistem la articulațiile sale. În imagine și creier: Rezolvarea dezbaterii imaginii mentale. Cambridge, MA: MIT Press.
Marr, D. și Poggio, T. (1977). De la înțelegerea calculului la înțelegerea circuitelor neuronale. Neurosciences Res Prog Bull, 15, 470-488.
Poldrack, R.A. (2006). Pot fi deduse procesele cognitive din datele neuroimagistice? Trends in Cognitive Sciences, 10, 59-63.
Shuler, M.G., Bear, M.F. (2006). Timpul de recompensă în cortexul vizual primar. Science, 311, 1606-1609.
Wager, T.D. și Barrett, L.F. (2004). De la afecțiune la control: Specializarea funcțională a insulei în motivație și reglare.
Wager, T.D., Reading S., Jonides, J. (2004). Studii neuroimagistice de schimbare a atenției: O meta-analiză. Neuroimage, 22, 1679-1693.
Wager, T.D., et al. (2005). Componentele comune și unice ale inhibiției răspunsului dezvăluite de fMRI. Neuroimage, 27, 323-340.
Wager, T.D. et al. (în curs de publicare). Elemente de neuroimagistică funcțională. În J. Cacioppo și R.J. Davidson (Ed.), Handbook of Psychophysiology. Cambridge, MA: Cambridge University Press.
Wager, T.D., et al. (2004). Modificări induse de placebo în fMRI în anticiparea și experiența durerii. Science, 303, 1162-1167.
.