Stāsts par prāta izpēti

Rebeka Sakse vēlas uzzināt, kā mūsu smadzenes mācās būt sabiedriskas.





Rebeka Sakse

Precīzāk sakot, Sakse, MIT Smadzeņu un kognitīvo zinātņu nodaļas kognitīvās neirozinātnes asociētā profesore, ir veidojusi savu karjeru, mēģinot saprast, kā mēs pieņemam spriedumus par citu cilvēku domām, fakultāte, kas nodēvēta par prāta teoriju (ToM).

Mūsu smadzenes veic ToM izziņu, lai atšifrētu, kas slēpjas aiz smaida, grimases vai kāda balss tvēriena. Kā raksta Sakss, ToM ir mehānisms, ko cilvēki izmanto, lai secinātu un pamatotu citas personas garastāvokli. Lai izsekotu ToM, viņai bija jāapgūst funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (fMRI) māksla. fMRI skeneri ir apgrūtinoši un sarežģīti lietojami, un to rezultātus ir grūti interpretēt. Taču Sakse ir kļuvusi par mašīnas virtuozi, sākot ar to, kad viņa, būdama postdocente, sāka cīnīties ar problēmu, kas, viņasprāt, joprojām satrauc viņas prātu.

Viņa skaidro, ka attīstības sākumā cilvēka smadzenes ir neironu kopums, kas ir ļoti līdzīgs tiem, kas veido daudzu citu radījumu smadzenes. Bet tad mēs iegūstam iespējas, kurām nav paralēles dzīvnieku valstībā. Kā? Kas notiek nobriedušajās smadzenēs, lai radītu prāta dzīvi, kas atšķir mūs kā cilvēkus?



Tas ir milzīgs jautājums, mūža darbs. Taču, aplūkojot tikai vienu no Sakses eksperimentiem, var saprast, kas nepieciešams, lai no mērījumiem iegūtu nozīmi, un tas sniedz ieskatu zinātnieces darba dzīvē, kas ir viņas spēles virsotnē.

33 gadus vecais kanādietis Sakss ir cīnījies ar smadzenēm kopš deviņdesmitajiem gadiem, sākot ar bakalaura grādu Oksfordā. Viņa sāka pievērsties ToM jēdzienam MIT absolventu skolā, strādājot Nensijas Kanvišeres (Nancy Kanwisher '80, PhD '86) laboratorijā, kur viņa identificēja smadzeņu sistēmas, kas tiek aktivizētas, kad kāds domā par kāda cita prāta stāvokli. Kognitīvais neirozinātnieks Džons Simonss no Kembridžas universitātes, kurš specializējas atmiņas pētījumos, saka, ka Sakss ir izstrādājis pārdomātus eksperimentus, kas sniedza interesantus un ticamus datus. Viņš saka, ka ir vilinoši domāt, ka lielā zinātne ir šie lielie sasniegumi. [Bet] tas ir veids, kā tiek veikta laba zinātne. Tas ļoti detalizēti veic rūpīgus pētījumus, kas rada noturīgus rezultātus.

Sakse spēra svarīgu soli 2005. gadā, kad viņa sāka domāt, vai viņa varētu pētīt piecus gadus vecus bērnus, lai redzētu, kā laika gaitā attīstās ToM sistēma. Ceļa šķērslis? Tajā laikā ļoti maz pētnieku pasaulē mēģināja ievietot bērnus fMRI aparātā, kas liek cilvēkiem sēdēt nekustīgi 40 minūtes vai ilgāk. Bet viens no šādiem pētniekiem bija Kevins Pelfrijs, toreiz Djūka universitātē. Sakse viņam rakstīja 2005. gada oktobrī — viņa saka, akla —, ierosinot eksperimentu, kas skenētu bērnu smadzenes, kad viņi apstrādā stāstus, kuru centrā ir cilvēku domas. Es viņam teicu, ka uzrakstīšu eksperimentu, un jūs varat veikt skenēšanu Djūkā, viņa atceras. Pelfrijs, kuru Sakss vērtē kā vienu no dāsnākajiem līdzstrādniekiem, noteikti teica, nāciet uz leju, taču līdz februārim. Tāpēc Saksei bija tikai dažas nedēļas, lai pārņemtu savu ideju un pārvērstu to par praktiski izmantojamu protokolu.



Es un mans draugs sēdējām pie virtuves galda, viņa saka, un es rakstīju nelielus stāstus, kuros bija cilvēku domas. Viņa izstrādāja duci stāstījumu, pievienojot tiem zīmējumus. Katra stāstījuma subjekti tiks pakļauti trīs segmentiem 20 sekunžu garumā: fiziskas vides apraksts ar ar roku zīmētu attēlu, lai to ilustrētu; cilvēka raksturu apraksts; un garīgo segmentu, kas piedāvāja informāciju par to, kas notiek viņu prātā. Lai nodrošinātu, ka rezultātus neietekmē subjekta reakcija uz segmentu secību, katrs pētījumā iesaistītais bērns dzirdēs vienus un tos pašus stāstus, taču segmenti ir sakārtoti atšķirīgā secībā. Pēc katra stāsta noklausīšanās bērniem tika uzdots jā vai nē jautājums, kas liek viņiem secināt, ko galvenais varonis varētu darīt tālāk. Pēc tam pēc īsas pauzes sākās cits stāsts un tā tālāk, līdz subjekts skenēšanas sesijās, kas ilga apmēram 40 minūtes, bija izgājis cauri 12 atsevišķu stāstījumu pilnam protokolam.

Dažas dienas pēc eksperimentālā dizaina pabeigšanas Sakse devās uz Hercogu. Pirmais subjekts, apmēram 10 gadus veca meitene, ieradās ap rīta pusi, un komanda viņu ievietoja skenerī. Vadības telpā Sakss varēja redzēt, ka bērna divas mazās pēdas izbāzās no mašīnas mutes. Kad skeneris sāka atskanēt ierasto dūkoņu un klikšķi-klikšķ-klikšķi, Sakss bija nervozs. Labi apzinoties, ka jebkuram jaunam eksperimentam ir vairāki ceļi uz neveiksmi, viņa zināja, ka saskaras arī ar būtiskāku risku. Daži pētījumi liecina, ka bērni, kas jaunāki par pieciem gadiem, jau var izdarīt ToM secinājumus. Tāpēc pastāvēja liela iespēja, ka viņa un viņas līdzstrādnieki vispār neko neatradīs — ToM reģioni šiem bērniem varētu izskatīties tāpat kā gados vecākiem cilvēkiem.

Pats trakākais ir tas, ka, veicot pirmo skenēšanu, Sakse nevarēja pārbaudīt, vai viņa atradīs kaut ko interesantu. Lai gan fMRI tehnoloģiju populāri uzskata (vai baidās) kā sava veida zondi, ko varat izmantot, lai vienkārši nolasītu cilvēku domu saturu, realitāte ir daudz mazāk dramatiska un daudz prasīgāka no pētnieka.



Dažas problēmas ir tīri tehniskas. fMRI iekārtas mēra smadzeņu darbību tikai netieši. Kad neironi uzliesmo, tie iesūc skābekli, lai atkal sagatavotos ugunsgrēkam. Tas izraisa pieprasījumu pēc vairāk skābekļa, ko piegādā ar asinīm. Kad smadzeņu reģions prasa vairāk degvielas, vietējā ar skābekli piesātināto un deoksigenēto asiņu attiecība mainās par daļu. Ar skābekli bagātinātām asinīm ir atšķirīgas magnētiskās īpašības no deoksigenētās versijas, un fMRI aparāti mēra rezultātā radušās nelielas izmaiņas lokālajos magnētiskajos laukos.

Bet tas nav nekāds varoņdarbs. Smadzenes galvaskausā nedaudz mainās ar katru elpas vilcienu un sirdspukstu, un cilvēki, it īpaši bērni!, stundu neguļ pilnīgi mierīgi. Mums ir šūpojoša, pulsējoša un šūpojoša iekārta, kas daudzu iemeslu dēļ patērē milzīgu daudzumu skābekļa, turklāt mēs cenšamies izmērīt nelielu signālu, saka Sakss. Tad ir laika problēma: nervu aktivizēšana aizņem sekundes daļas, bet izmaiņas skābekļa līmenī asinīs notiek sešu sekunžu laikā vai ilgāk, un līmenis ne vienmēr atgriežas pie tā paša bāzes numura, kas palielina haosu. Tāpēc, saka Sakss, mēs veicam kustību korekciju. Mēs veicam telpisko izlīdzināšanu, lai atbrīvotos no trokšņa. Mēs īslaicīgi filtrējam visu, kas notiek 10 minūtes vai ilgāk — laika skala, kurā datos tiktu parādīti artefakti, piemēram, skenera uzsilšana. Signāla atrašanās vietas noteikšanai ir nepieciešamas analīzes stundas — lai tikai sāktu saprast, ko varētu nozīmēt kāds mērījums.

Līdz vēlam rītam pirmais bērns pabeidza savu stāstu sarakstu, un pēc tam komanda atkārtoja secību ar otro un pēdējo šīs dienas subjektu, deviņus gadus vecu zēnu. Kad viņš kāpa lejā no skenera, lielākā daļa grupas plānoja doties vakariņās.



Sakss palika aiz muguras. Tagad sākās eksperimenta darba fāze: skenēšanas neapstrādāto skaitļu pārveidošana formā, kuru varētu analizēt. Stundas pagāja. Sakses kolēģi paēda un atgriezās. Viņa palika pie datora. Līdz vēlam vakaram viņa bija pabeigusi pirmās kārtas apstrādi. Kustības artefakti — pazuduši; mašīnas troksnis — kontrolēts; kadrs pēc kadra saskaņoja uzvedni ar neironu darbību.

Redzētais ļāva Saksei izelpot: viņai bija dati. Komanda bija pierādījusi, ka ir iespējams iegūt izmantojamus atklājumus no bērniem, kuri vairumam pētnieku uzskatīja, ka tie ir pārāk nemierīgi, lai tos attēlotu. Vēl svarīgāk ir tas, ka Sakss un Pelfrijs, vācot skenētus objektus no sešgadīgiem subjektiem, atklāja kaut ko jaunu. Vecākie bērni izskatījās līdzīgi pieaugušajiem, saka Sakss. Viņu ToM reģioni iedegās, kad viņi dzirdēja segmentu, kas lika viņiem domāt par to, ko domā kāds cits, bet ne stāstu daļās, kurās tikai aprakstīts, ka kāds kaut ko dara. Bet mazo bērnu skenēšana bija atšķirīga. Viņu smadzeņu reģioni reaģēja uz jebko par cilvēkiem — ne tikai anekdotēm par cilvēku garīgajiem stāvokļiem, bet arī uz visu, kas saistīts ar cilvēkiem.

Ir vairāki veidi, kā izskaidrot šo rezultātu, taču Sakse atbalsta to, ko viņa sauc par traku ideju: ka smadzenes sākas ar vispārējas nozīmes spēju domāt par sociālo mijiedarbību un pēc tam specializējas. Viņas komanda sāka saprast, ka, mums augot, mūsu smadzeņu reģioni atsakās no dažiem darbiem, lai iegūtu ekspertus citos.

Šis apgalvojums joprojām ir provizorisks, taču turpmākais darbs Saxe laboratorijā un citur to ir pastiprinājis. Tagad, saka Sakss, mēs domājam, ka mums ir attīstības modelis. Tagad mēs vēlamies uzzināt, kā un kāpēc šī attīstība notiek un kas to var mainīt. Lai to noskaidrotu, viņas laboratorija veic pētījumus par dažādiem ceļiem uz ToM specializāciju. Viens skatās uz bērniem autisma spektrā; cits izmeklē aklus bērnus, kuri iesaista citu domas ar dzirdes, nevis redzes palīdzību; un trešā daļa izmeklē nedzirdīgos bērnus, no kuriem daži saskaras ar valodu salīdzinoši vēlu, ja viņu vecāki nezina, kā parakstīties. Neviens vēl nav devis galīgus rezultātus.

Sakss vairs nav kāju postdoks. Viņa tagad vada laboratoriju, un viņa joprojām nav pieradusi pie visa, kas nepieciešams, lai veiktu zinātni arvien plašākā mērogā. Viņa saka, ka vairāk nekā ducis pētnieku ir iesaistīti tikai vienā no jaunajiem pētījumiem. Viņa piebilst: toreiz es vienkārši zīmēju uz sava galda. Tagad mums ir vajadzīgs viens cilvēks 100% laika, lai tikai izsekotu šim projektam.

Tomēr, to sakot, viņa pasmaida. Viņa un viņas kolēģi publicēja Duke pētījuma rezultātus 2009. gadā, taču ir kaut kas, kas lapā netika atklāts — zinātnes aspekts, ko nevar aptvert nevienā bezjēdzīgā datu saskaitā. Tā nakts Ziemeļkarolīnā, tas pirmais brīdis, kad tas darbojās? viņa saka. Tas bija saviļņojoši.

koku zīmējums

Stāsta paraugs no bērnu ToM eksperimenta

Fiziskais segments:
Aiz lielās sarkanās šķūņa riekstkoka birzs malā atrodas apkaimes krāšņākais dīķis. Tas ir plats un dziļš, un to apēno vecs ozols. Tajā dīķī ir visādas lietas: zivis un veci apavi, un pazaudētas rotaļlietas un trīsriteņi, un daudzi citi pārsteigumi.

Cilvēku segments:
Vecais Makfīglbija kungs ir pelēks, krunkains vecs zemnieks, kurš valkā pelēkus, saburzītus vecus kombinezonus un pelēkus, saburzītus vecus zābakus. Viņš ir nodzīvojis uz šīs zemes visu savu mūžu, pat ilgāk par lielāko daļu koku. Mazais Džordžijs ir Makfīlbija kunga brāļadēls no pilsētas.

Garīgais segments:
Makfīlbī kungs nevēlas, lai mazi zēni makšķerētu dīķī. Bet mazais Džordžija izliekas, ka to nemanīs. Viņam ļoti patīk makšķerēt, un turklāt viņš zina, ka var skriet ātrāk nekā jebkurš cits pilsētā. Džordžija nolemj ļoti ātri aizbēgt, ja Makfīlbija kungs ieraudzīs viņu makšķerējot.

jautājums:
Ko tu domā? Vai mazais Džordžijs makšķerē dīķī? [pauze] Labs darbs! Laiks nākamajam stāstam!

paslēpties