Hjärnan är det mest komplexa objektet i det kända universum. Cirka 100 miljarder neuroner frigör hundratals neurotransmittorer och peptider i en dynamik som spänner över tidsskalor från mikrosekunder till livstid. Med tanke på denna komplexitet kan neurobiologer ägna produktiva karriärer åt att studera en enda receptor. Kan psykologer förstå sinnet på ett mer produktivt sätt genom att helt bortse från hjärnan?
Marr (1977) föreslog att mentala processer kan studeras på tre analysnivåer: beräkningsmässiga (processens mål), algoritmiska (metoden) och genomförande (hårdvaran). Uppdelningen innebär att samma beräkningsmässiga mål och algoritmer kan åstadkommas av en mänsklig hjärna eller en dator, och det fysiska mediet – neuron eller kisel – är irrelevant. Detta koncept var grundläggande för den kognitiva vetenskapsrörelsen och har gett dess utövare tillåtelse att bekvämt ignorera hjärnan. Men det har blivit allvarligt ifrågasatt: En beräkning på hög nivå (t.ex. att bestämma nästa drag i ett schackspel) kan utföras på ett praktiskt taget oändligt antal sätt. Att bygga en datormodell som klarar beräkningsmålet säger inte mycket om huruvida den gör det på samma sätt som en människa skulle göra. Hårdvaran ger kritiska begränsningar för utrymmet av möjliga modeller.
Debatten om huruvida vi behöver studera hjärnan för att förstå sinnet förs nu bland ett nätverk av tusentals forskare och akademiker över hela världen. Det framväxande samförståndet verkar vara att genomförandet är viktigt. Intressant nog ställs den omvända frågan också av neurobiologer – behöver vi överväga hjärnan för att förstå hjärnan – och besvaras till stor del och i allt större utsträckning jakande.
Vi kan lära oss mycket om hjärnan utan att kunna skilja en neuron från en astrocyt. Som jag ofta upprepar för mig själv och ibland för andra: ”Om du vill förstå mänsklig prestation, studera mänsklig prestation”. Men hjärndata ger information om sinnet som inte kan hämtas från ens de mest noggranna beteendestudier. Kort sagt ger hjärndata en fysisk grund som begränsar de otaliga annars rimliga modellerna för kognition. De ger oss ett direkt fönster till vilka mentala processer som involverar liknande och olika neurobiologiska processer, vilket gör det möjligt för oss att använda biologin för att ”skära naturen i dess leder” och förstå de mentala processernas struktur (Kosslyn, 1994). Hjärnfunktionen ger också ett gemensamt språk för att direkt jämföra och kontrastera processer som annars är ”äpplen och päron”, t.ex. uppmärksamhet och känslor. Detta gemensamma språk är en grund för integrering av kunskap mellan olika typer av forskning – grundläggande och klinisk, mänsklig och icke-mänsklig.
Eftersom de allmänna användningsområdena för neuroimaging har diskuterats vältaligt på andra ställen, fokuserar jag här på några exempel på hur funktionell magnetresonanstomografi (fMRI) har varit användbar i mitt arbete (se Jonides, Nee, & Berman, 2006). Eftersom varje metod har sina begränsningar diskuterar jag också några av de fallgropar som finns när det gäller att göra psykologiska slutsatser från neuroimageringsdata.
En av mina användningsområden har varit att förstå strukturen hos känslor och exekutiva kontrollprocesser, och hur den kognitiva kontrollen fungerar i känslomässiga och icke-emotionella situationer. Mina kolleger och jag har frågat: Är smärta annorlunda än negativa känslor som sorg och ilska, eller är de varianter på ett gemensamt tema? I metaanalyser har vi funnit att smärta och negativa känslor aktiverar olika hjärnnätverk, men att de delar egenskaper som aktivitet i främre cingulära och frontala cortex med en bredare klass av processer, inklusive uppmärksamhet (Wager & Barrett, 2004; Wager, Reading & Jonides, 2004). Däremot engagerar olika varianter av negativa känslor i stort sett överlappande nätverk. Smärta tycks alltså vara skild från negativa känslor, men gemensamma drag tyder på att de kan dela underliggande processer som till exempel ökad uppmärksamhet.
Frågor om likhet och särdrag hos mentala processer har stått i centrum för psykologin ända sedan dess begynnelse, men definitiva svar har varit svårfångade. Slutsatser har till stor del baserats på korrelationer i prestationer mellan olika uppgifter (eller i fysiologiska reaktioner, när det gäller känslor). Det faktum att det tar ungefär lika lång tid att genomföra två uppgifter säger inte mycket om huruvida de processer som är involverade i valet av svar var desamma. Fysiologiska reaktioner lider av liknande problem med specificitet. Neuroimaging ger en mycket rikare informationskälla: om två uppgifter aktiverar samma hjärnregioner i samma utsträckning är det troligt att de involverar liknande processer. Denna logik ger ett sätt att bedöma strukturen hos mentala processer baserat på likheten i deras hjärnaktiveringsmönster. I en studie som bygger på dessa principer frågade vi om olika uppgifter för ”exekutiv kontroll” involverar ett gemensamt hjärnsubstrat (Wager, et al., 2005). Betydande överlappande aktivering tydde på ett gemensamt nätverk för kontrollerat svarsval.
Tyvärr är frågor om mekanism svårare att ta upp, men neuroimaging kan vara informativt även här. I en fMRI-studie av smärta fann mina kollegor och jag att förväntan på smärtlindring inducerad av placebo engagerar den frontala cortexen och smärtstillande mekanismer i mellanhjärnan (Wager et al., 2004). Frontal aktivering tyder på ett gemensamt substrat för upprätthållande av kognitiv kontext som formar både perceptuella/motoriska och affektiva processer, och aktivering i mellanhjärnan tyder på aktivering av opioida analgetiska system. Sådana direkta bevis på de mekanismer genom vilka förväntningar påverkar smärta skulle vara svåra att få utan att studera hjärnan.
Studien pekar också på en ytterligare fördel med neuroimaging: I fall där självrapportering kan vara felaktig kan avbildning ge konvergerande direkta mått på den centrala bearbetningen av ett stimulus. Medan förväntningar kan påverka smärtrapporter av ointressanta skäl relaterade till kognitiv rapporteringsbias, ger bevisen för att förväntningar påverkar pågående smärtbearbetning konvergerande bevis för att de formar smärtupplevelsen.
Ja, det finns många sätt på vilka neuroavbildningsdata kan missbrukas eller misstolkas. Grova nivåer av regional hjärnaktivitet kan i vissa fall vara oinformativa om likheten mellan psykologiska uppgifter: Två olikartade uppgifter kan involvera samma regioner men använda olika populationer av neuroner eller involvera olika mönster av konnektivitet mellan regioner. Två liknande uppgifter kan omfatta olika regioner men samma typ av beräkning. Neurala aktiviteter kan missas, eftersom observerad bildsignal endast indirekt återspeglar neurala aktiviteter, och observerad bildaktivering kanske inte är väsentlig för uppgiften.
En av de största fallgroparna är frestelsen att observera hjärnaktivitet och dra slutsatser om det psykologiska tillståndet – till exempel att dra slutsatser om återvinning av episodiskt minne från hippocampusaktivitet, rädsla från amygdalaaktivitet eller visuell bearbetning från aktiviteten i ”visuella hjärnbarken” (Barrett & Wager, 2006; Poldrack, 2006; Wager et al…, i tryck). Dessa slutsatser ignorerar omfattningen av de processer som kan aktivera vart och ett av dessa områden och innebär ett felaktigt resonemang: ”Om minne så hippocampus” är inte samma sak som ”om hippocampus så minne”. Det faktum att få hjärnområden, inklusive den ”visuella cortexen”, är dedikerade till en process innebär att självrapportering fortfarande är den gyllene standarden för att bedöma känslomässiga upplevelser och tankens innehåll (Shuler & Bear, 2006). Detta är en allvarlig utmaning för dem som till exempel skulle vilja bedöma dina varumärkespreferenser eller din politiska tillhörighet utifrån en hjärnscanning. (Och är det inte enklare att bara fråga?)
Dessa problem är betydande, men det finns ingen perfekt metod – en förståelse av sinnet måste uppstå genom en samordnad ansträngning med hjälp av konvergerande bevis från alla de verktyg vi har till vårt förfogande. Många av de ovanstående problemen behandlas genom framsteg inom datainsamling och analysmetoder, ackumulering av mer data om kartläggningen mellan hjärnans struktur och psykologisk funktion och mer nyanserade åsikter om vilka typer av slutsatser som är trovärdiga. Jag tror att i takt med att området mognar kommer ungdomens övermod att ge vika för en mer sansad syn på när och hur neuroimaging kan informera oss om hjärnan. Det vi redan har lärt oss är betydande, och den accelererande integrationen mellan olika områden leder till allt mer sofistikerade och veritabla modeller av sinnet.
Barrett, L.F. och Wager, T.D. (2006). Känslans struktur: Bevis från studier av neuroimaging. Current Directions in Psychological Science, 15, 79-83.
Jonides, J., Nee, D.E., Berman, M.G. (2006). Vad har funktionell neuroimaging berättat för oss om sinnet? Så många exempel, så lite utrymme. Cortex, 42, 414-427.
Kosslyn, S. M. (1994). Att skära ut ett system vid dess leder. I bild och hjärna: The resolution of the mental imagery debate. Cambridge, MA: MIT Press.
Marr, D. and Poggio, T. (1977). From understanding computation to understanding neural circuitry. Neurosciences Res Prog Bull, 15, 470-488.
Poldrack, R.A. (2006). Kan kognitiva processer härledas från neuroimagingdata? Trends in Cognitive Sciences, 10, 59-63.
Shuler, M.G., Bear, M.F. (2006). Belöningstidpunkt i den primära visuella hjärnbarken. Science, 311, 1606-1609.
Wager, T.D. and Barrett, L.F. (2004). Från affekt till kontroll: Functional specialization of the insula in motivation and regulation.
Wager, T.D., Reading S., Jonides, J. (2004). Neuroimaging-studier av skiftande uppmärksamhet: A meta-analysis. Neuroimage, 22, 1679-1693.
Wager, T.D., et al. (2005). Gemensamma och unika komponenter av svarshämning som avslöjas av FMRI. Neuroimage, 27, 323-340.
Wager, T.D. et al. (in press). Elements of functional neuroimaging. I J. Cacioppo och R.J. Davidson (red.), Handbook of Psychophysiology. Cambridge, MA: Cambridge University Press.
Wager, T.D., et al. (2004). Placebo-inducerade förändringar i fMRI vid förväntan och upplevelse av smärta. Science, 303, 1162-1167.
.