读脑术

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右图是fMRI显示的大脑活动情况——红色区域代表在特定思维过程中大脑活动增强的区域。 P10

左图为大脑的中部视图,标亮区域是前扣带回皮质,右图为大脑侧面视图,标亮区域是脑岛(尽管大脑褶皱遮住了大部分脑岛)。 P11

目前我们对大脑工作原理的认识大多来自对其他物种的研究,从蠕虫、果蝇,一直到小鼠、大鼠和猴子之类的哺乳动物。 P13

鉴于MRI的安全性和灵活性,它已经成为使用范围最广泛的脑成像工具。 P14

如果非要我概括大脑的功能,我会说:处理信息。 P15

很多神经元的行为方式是“全有或全无”——就像数字晶体管一样,一个神经元要么放电,要么毫无动静,而且它的动作电位在大小和时长等方面基本相同。 P16

与之相反,大脑的“硬件”和“软件”不可分割:“程序”存储在神经元之间的连接处,我们的学习过程就是这些连接处的改变过程。 P17

世界上能良好地适应特定生态位的生物体很多,但像人类这样能广泛适应各种环境的生物体很少。 P18

哲学家笛卡儿有一个著名的观点:思想(他真正所指的是“灵魂”)通过松果体与物质世界相连。 P19

当电磁体产生脉冲时,线圈之下的磁场以及正下方的脑组织会迅速发生变化。 P20

我特别要提一提实验心理学家,他们用实验的方法,通过检验关于人们在某些情况下的行为的假设,试图弄明白思想是如何发挥作用的。 P21

据说“认知神经科学”这一名称是迈克尔·加扎尼加和乔治·米勒在20世纪70年代末同乘一辆出租车时想出来的。 P22

它的成功取决于一系列恰到好处的化学和生物学成就,就像大自然也在帮助我们更容易地(尽管只是一点点)理解大脑的工作原理一样。 P23

虽然学术界对其中的细节存在激烈争论,但我们确信,正是血液的这种过量含氧使我们能用fMRI检测神经元的活动。 P24

文章作者是知名的神经科学家和政治学家,他们报告了一项研究的结果。 P25

我在2006年出版的作品中表明,单个大脑区域并非只对应于一种心理功能(换言之,它更像发烧而非圆形皮疹),因此,这种简单的反向推理是有问题的。 P26

本书的第一部分关注的是神经成像作为大脑和思想的研究工具的发展。 P27

你可以想象,在没有抗生素和清洁手术的年代,这肯定是致命的,但贝尔蒂诺活了下来,尽管存在一个小问题:由于当时重建手术尚未出现,他的颅骨上留下一个洞。 P28

在很多实验中,他们发现大脑脉动仅仅反映了脑外血压的变化;但有一个实验提供了大脑中血流量控制的关键证据。 P29

被射出的正电子会在短距离运动后撞上一个电子,然后发生湮灭,从而产生两个反方向运动的高能光子。 P30

还有一个人在科学领域没什么作为,但在神经成像诞生的过程中发挥了至关重要的作用,他就是圣路易斯的航空业先锋詹姆斯·S.麦克唐纳(家人和朋友称他为“麦克先生”)。 P31

圣路易斯华盛顿大学团队采纳了东德斯的扣除法,并将之应用到与反应时间全然不同的大脑活动上。 P32

图2.3 韦尼克区域(研究人员期望在这里找到与意义处理相关的活动)和彼得森团队发现的在意义处理过程中被激活的左前额叶区域。 P33

MRI是一种非常惊人和安全的技术。 P34

大多数标准临床MRI扫描仪的磁场强度是1.5特斯拉,而研究用MRI扫描仪的磁场强度则为3~11特斯拉。 P35

每个认识杰克的人都会用“不同凡响”和“无比热情”来形容他。 P36

他们发现,无论在哪种情况下注入造影剂,信号都会减弱,而在闪光护目镜开启时减弱得更厉害,并且大脑有所反应的位置和此前PET研究的发现相同。 P37

在贝利维尔的论文的启发下,科研人员开始争相研究不需要注射造影剂的大脑成像方法。 P38

参与竞争的第三个团队是一匹出人意料的黑马:团队成员是密尔沃基一所名不见经传的医学院——威斯康星医学院的两名研究生。 P39

我们有初步证据证明,fMRI信号真实地反映了大脑的活动,这些证据就是,fMRI研究的结果和我们从神经科学研究和动物研究中获悉的情况相一致:在视野的不同位置进行的视觉刺激,可以激活视觉皮质的相应区域,运动行为可以激活运动皮质,等等。 P40

对一个线性系统而言,输出可以通过转换和加总输入而被描述。 P41

要知道,记录神经元电活动的连接着小电线的电极,是用来记录细胞的电活动的,你知道这有多难了吧。 P42

我们已经知道,对视觉对象的识别取决于颞叶的底部(“下颞叶”),因为这一区域受损会导致人们不能从视觉上识别物体,即使他们仍然认识该物体,并且能通过触摸来识别该物体。 P43

戈捷在研究中招募了一组志愿者,他们要么是鸟类观察家,要么自诩是汽车专家。 P44

20世纪90年代初,哈克斯比在美国国立卫生研究院开始了他的科研生涯,用PET研究大脑处理不同类型物体的方式。 P45

图3.1 展示fMRI解码的工作原理,以观众对三位候选人的反应作类比。 P46

随着fMRI的发展,研究人员开始研究不同的大脑区域如何相互沟通。 P48

相的研究关注的是单个神经元之间的特定连接,也就是我们所说的微观连接组,这样的研究目前只能在动物身上进行。 P49

fMRI分析的一大主要挑战是,我们需要同时收集很多数据。 P50

我们愿意接受的假阳性率一般是5%。 P51

我将在第七章探讨这项研究。 P52

武尔及其同事直觉上知道这是由一种被称为“非独立性”或“循环性”的统计错误造成的。 P53

武尔及其同事的批判彻底震撼了我,促使我反思我们是怎样做fMRI研究的。 P54

我们想到的“读心”概念,通常出现在这类科幻场景中,但在某些fMRI研究人员看来,这与科学事实很接近。 P55

所谓大脑解码,你可以把它理解成大脑试图在两种语言,也就是人类的自然语言和大脑中思想的生物“语言”之间进行转换。 P56

那么有意识的思考过程呢?约翰·迪伦·海恩斯回答了这个问题。 P57

我突然想到,我们可以建立一个统计模型来预测他们正在进行哪一项认知任务。 P58

这两项研究使用的方法与先前的研究截然不同:先前的解码研究使用的是通用机器学习法(用它很容易就能预测出你打算在亚马逊网站上买什么),而这两项较新的研究使用的是模拟人类视觉系统结构的模型。 P59

首先,他们采用了贝叶斯分析法,将数据和先验知识相结合,以确定最佳重建方法。 P60

急救技术的进步使越来越多的人在严重的脑损伤中存活下来,但这些幸存者的意识状态通常会发生变化。 P61

尤其是,一项评估闭锁综合征患者主观幸福感的研究表明,大多数患者觉得活着很幸福,只有7%的患者要求终止生命。 P62

如果锤子意外地砸到了我的大拇指,大拇指上的专门神经受体就会向我的大脑发送一个信号,告诉大脑发生了不好的事情,而这些神经刺激对我来说就是令人厌恶的疼痛体验。 P63

这些诉讼总是面临一个挑战,那就是,你不可能知道这个人是否真的备受其声称的疼痛的折磨,还是为了得到金钱赔偿而谎称处于疼痛之中。 P64

但这次不同,因为它是未来一年多时间里将要进行的很多次扫描中的第一次。 P65

虽然大脑的某些部分能够在我们的一生中不断生成新的神经元,这对学习来说非常重要,但人类新生儿几乎拥有全部1000亿个神经元,这些神经元会伴其一生。 P66

还记得我在第一章提及的莉萨吗?为了治疗严重的癫痫症,她在16岁时接受了一场切除左半脑的极端手术。 P67

塔尔·雅克尼的研究表明,大脑中很多网络的激活水平与反应时间有关,但与这个人正在做的具体任务无关,这意味着,大脑中的网络激活水平可能反映了任务的难易程度。 P68

对精神分裂症患者和双相情感障碍患者的详细研究表明,他们的症状和他们日常生活功能的整体水平可能会在几周内出现剧烈波动:在第一周内,一个人可能完全正常,但在两周后,这个人就可能完全失能。 P69

得知她对我们的研究很感兴趣之后,我们请她担任了成像研究中心的“驻校艺术家”。 P70

2012年年初,我开始和很多同事讨论我的研究计划,我们经常称其为“我正在考虑的疯狂研究”。 P71

我们收集到大脑中大约10万个小立方体(“体素”)的数据,然后通过一种被称为“分割”的操作,将周边体素的数据折叠进这些区域。 P73

这很重要,因为它表明,如果想弄清楚一个人的大脑功能的波动是如何随时间而变化的,我们需要像我这样长期做深入研究:我们不能简单地观察不同的人,然后找出他们之间有什么不同。 P74

这至关重要,因为它表明,如果我们想要弄清楚这些功能,就需要更深入地研究个体大脑随时间而变化的情况,我们认为,这对了解抑郁症、躁郁症等精神病患者的大脑变化非常关键。 P75

这同时改变了我对神经科学研究方法的看法,让我产生了为更好地描绘个体大脑特征而收集更多个体数据的兴趣。 P76

我当然希望“我们所有人”项目能成功地找到预防或治疗疾病的新方法,但我认为将炒作和现实的期望分开同样很重要。 P77

他和他的共犯用胶带绑住雪莉并封住她的嘴,开车将她带到梅勒梅克河的一座桥上,然后把她扔进河里淹死了。 P78

”但通过神经科学研究,我们能越来越清楚青少年做出这种行为的原因。 P79读脑术The New Mind Readers:What Neuroimaging Can and Cannot Reveal about Our Thoughts 科学与自然电子书 第2张

 

关于大脑发育的这些事实还引出了一个更大的问题,那就是,它们是否能提供一个理由,让青少年免于为自己的行为承担某些责任。 P80

1923年,因二级谋杀罪受审的詹姆斯·阿方索·弗赖伊试图用早期的测谎仪来证明自己无罪,据说这种测谎仪能通过检测血压的变化情况进行测谎。 P81

他发现,患有注意力缺陷多动症的个体很难保守秘密,仿佛他们有一种非要把它说出来的冲动,这让他想到了,要说谎,我们首先要抑制讲真话的本能。 P82

彼得·伊姆雷指出,检验fMRI测谎错误率的现有研究的取样范围很小,这意味着这些研究结果不太可靠。 P83

大部分研究报告支持fMRI测谎,但也有一些报告指出了它的很多问题,这让我怀疑休伊曾加医师在电话中对我提及那些论文时说的话:“每一篇论文都认为它管用。 P84

在现实世界中,我们似乎不太可能如此准确地预测犯罪:即使我们能从一个人的思想里读出其犯罪意图,很多罪行的发生也并没有预谋,而是一时冲动造成的。 P85

在对样本中的每个个体进行检验时,我们都会留出特定个体的数据,用其他所有个体的数据建立一个统计模型,再检验该模型对这一特定个体的预测情况。 P86

2005年,在完成哈佛大学和塔夫茨大学的医学培训后,约安尼季斯成了希腊一所小型大学的医学研究员,专注于艾滋病毒感染的治疗研究。 P87

2005年,约安尼季斯的论文发表在《科学公共图书馆·医学》期刊上,尽管起初也有一些争论,但并没有立即产生广泛的影响。 P88

第一,假设有足够多的数据可用,很多非常基本的发现在受试者身上是可见的:几乎每个健康的人都有梭状回面孔区和默认模式网络。 P89

最初吸引我亲近科学的是:我们愿意改变自己的想法,努力发现我们的问题并加以解决。 P90

医生估计,她未来患上乳腺癌的概率是87%。 P91

我们都直观地了解“价值”的意义,但对它进行正式定义一直都是个挑战。 P92

若不是1996年特沃斯基在59岁时因罹患黑素瘤去世,他也会获得该奖项。 P93

额颞叶痴呆(FTD)是影响决策的最不幸的疾病之一,它是一种退行性大脑疾病,病情的不断恶化会导致人们做出糟糕的决定,而且其发病时间一般要比阿尔茨海默病早得多,通常在一个人40岁或50岁时。 P94

在分析每次实验中的大脑活动情况时,我们发现:这两个区域的活跃程度会随着受试者收益的增加而增强,随着受试者损失的增加而减弱。 P95

我们应该买牛脊肉还是菲力牛排?除了不根据价格做决定,我们还可以询问肉店老板,但这通常没什么实际帮助,因此,我们最后不得不随意买点儿东西带回家尝试一番。 P96

模型会计算世界上每一种潜在行动的价值,然后根据这些价值来决定什么时候应该采取什么行动。 P97

我们的大多数采取积极行动的决定或许只是出于动物本能,要经过很久才会显露其全面后果——这种行动源自一种无意识的冲动,而不是量化收益的加权平均值乘以量化概率的结果。 P98

比如,去商店买奶酪时,我不会把所有奶酪都看一遍,然后考虑我最想要哪一种,我只会拿起过去几年我每周都会买的施特劳斯牌平装奶酪。 P99

这种成瘾症相对来说是良性的,但很多人就没那么幸运了:一份来自公民组织的请愿书(要求对这些药物发出“黑箱”警告)列举了很多后果悲惨的案例,其中包括凯文·克洛斯及其同事的一组案例研究:在服药的6个月内,一名男性开始购买色情影片并发展婚外情,他以前从未对任何色情作品产生过兴趣。 P100

我们把这类决策称作“跨期选择”,因为它们需要你在两个时间点,在两种不同的好处之间做出选择,它们构成了我们生活中很多重要的选择。 P101

他们还采用麦克卢尔用过的模型来分析数据,结果发现,比起麦克卢尔的“急躁”和“耐心”双大脑系统模型,他们自己开发的简单模型实际上能更好地描述数据。 P102

2004年,萨姆·麦克卢尔和里德·蒙塔古进行的一项研究首次明确了“神经营销学”(拥护者称之为“消费神经科学”)的潜力。 P103

在这些看起来相对成功的广告中,我想挑出米切罗啤酒广告。 P104

警告语“提防所谓的读心术”和贯穿本书的观点相一致,即心理状态和大脑活动之间不存在简单的一对一映射。 P105

在首次对神经焦点小组的有效性进行研究时,她用fMRI预测人们对美国国立癌症研究所戒烟热线(1-800-QUIT-NOW)广告的反应。 P106

我们已经多次看到这两个区域和主观偏好的相关性。 P107

现在我已经在MRI扫描仪中待过100多次了(我在第五章提到过),对它非常适应,但有时候仍会想起第一次接受扫描时床体开始滑入扫描仪的场景。 P108

如果同卵双胞胎之一患有精神分裂症,那么另一个患上精神分裂症的概率为30%~50%。 P109

出人意料的是,研究人员没有在任何与大脑功能有明显关联的基因中找到精神分裂症患者的最大不同,而是在和免疫系统功能相关的基因中找到了,特别是在那部分有助于人体辨别外来细胞的基因(即“主要组织相容性复合体”)中。 P110

这是一种相对简单的测量方法,只要花二三十分钟进行几次MRI扫描就可以了。 P111

其分析结果和埃特金团队的结构性MRI元分析的结果一致:斯普鲁顿在研究那些对整个大脑进行的分析时发现(相较于分析特定区域,分析整个大脑得到的结果偏差更小),健康人和精神病患者的很多大脑区域在功能活动方面都存在差异,但对所有的患者来说,这些大脑差异都大致相同。 P112

在患者开始服用这类药物后,长期跟踪他们的研究表明,患者大脑中大部分区域的灰质减少了,但基底神经节(有大量多巴胺D2受体)的灰质实际上却增加了。 P113

例如,要将某人诊断为恐慌症患者,他必须反复恐慌发作并至少有以下症状中的四种:心悸、心跳或心率加速出汗战栗或发抖有呼吸急促或胸闷的感觉有窒息的感觉胸痛或不舒服恶心或腹痛晕眩、站不稳、头晕或昏厥发热或发冷感觉异常(有麻木或刺痛的感觉)现实感丧失(感觉不真实)或人格解体(脱离自我)有失控或“发疯”的感觉恐惧死亡同理,其他疾病也被以检查表的形式定义,只要患者表现出最少数量的症状,就能被确诊。 P114

但医生从不会因为患者说自己有这样一些症状而简单地断定他患有糖尿病。 P115

恐惧是从进化中获得的一种自然情感,能够帮助我们抵御肉食动物,并防止我们站在悬崖边上。 P116

这就是标准研究领域支持的方法,也是很多人寄希望于能让精神病学摆脱目前的混乱状态的方法,它强调的是用神经科学预测特定的精神症状。 P117

迈克尔·J.法兰克是布朗大学一位运用计算模型研究多种不同精神疾病的神经科学家,他一直是计算精神病学运动的先锋。 P118

相较于以前的方法,它是否更能帮助我们理解精神疾病尚待分晓,但事情总不会变得更糟。 P119

成年后,我的有些朋友因为药物成瘾毁掉了他们的生活,我也看到我喜欢的一些音乐家和艺术家沉溺于毒品不可自拔。 P120

测量过程中我们会用到诸如雷氯必利这样的放射性示踪剂,它能附着在和多巴胺受体结合的分子上。 P121

他在卧室接受了大约一个月的治疗,但有一天他决定去客厅接受治疗。 P122

这些社会偏见可能会起反作用,导致精神病患者“自我污名化”,使得他们对自己的疾病感觉更糟。 P123

”(7号,男性)同时,这些研究表明,精神疾病和成瘾症的生物遗传学解释的影响十分复杂,它对病人的影响肯定既有积极方面又有消极方面。 P124

由于大脑中存在海量神经元,所以这种翻译尤其具有挑战性——为了完成翻译,我们需要倾听超过100亿个神经元的活动。 P125

世界上有60多台磁感应强度达到7特斯拉的扫描仪,荷兰的马斯特里赫特市运行着一台磁感应强度为9.4特斯拉的扫描仪——这是被批准用于人类影像学的磁感应强度最高的扫描仪,直到2018年,明尼苏达大学的一台磁感应强度为10.5特斯拉的扫描仪获批可用于人类(见图9.1)。 P126

还有一个问题涉及安全。 P127

基于扩散的fMRI是否真的有效尚有争论,而且就算有效,其信号也非常微弱——比我们用血氧水平依赖fMRI能看到的变化小得多,这意味着如果没有很大的样本量,就很难检测到细微的影响。 P128

人类大脑成像方面,也许还有一些其他能够克服现有技术局限性的方法,但我们通常必须从外部观察大脑这一事实从根本上限制了这些成像技术,我在第一章提到的那种外科病人十分罕见。 P129

结果可复制是科学的典型特征,而研究实践对“结果不可复制”的证实促使一些科学家开始重新审视我们的方法。 P130

这些数据被用在了很多研究中,而该项目的成功也为其他几项大型数据共享工作指明了道路。 P131

我们不断自我批评,冒着在公众眼中失去权威性的风险,公众资助我们的研究,同时也要靠我们的成果做出重要决定。 P132

除了基础科学问题,围绕着神经成像在现实世界中的应用,还出现了一系列全新的问题。 P133

史蒂夫·彼得森对我早些年在波士顿大学的疗法提出了有价值的评论。 P134

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