Nörobilimde Beyin Taramaları Nasıl Kullanılmaz?

Özet: Nörogörüntüleme, sinirbilim ve psikoloji araştırmalarında bir standart olsa da, yeni bir çalışma, araştırmacıların, güvenilir bulgular üretmek için bir nörogörüntüleme çalışması için çalışma örneğinin ne kadar büyük olması gerektiğini büyük ölçüde hafife aldıklarını söylüyor.

Kaynak: Pittsburgh Üniversitesi

Bir insanı tanımak için ne gerekir?

Bir arkadaşınızın hayatının farklı alanlarında nasıl davrandığını gördüyseniz, makul bir şekilde onun kim olduğunu bildiğinizi söyleyebilirsiniz. Bunu bir ünlüyle yapılan röportajı izlemekle karşılaştırın – belki onlar hakkında biraz bilgi sahibi olabilirsiniz, ancak bir yabancının tek bir gözlemi size ancak bu kadar çok şey söyleyebilir.

Yine de benzer bir fikir -bir beynin tek bir anlık görüntüsünün size bir bireyin kişiliği veya zihinsel sağlığı hakkında bilgi verebileceği – onlarca yıllık sinirbilim çalışmalarının temeli olmuştur.

Bu yaklaşım bir kağıt tarafından delindi Doğa Bu yılın başlarında, bilim adamlarının güvenilir bulgular üretmek için bu tür çalışmaların ne kadar büyük olması gerektiğini büyük ölçüde hafife aldıklarını gösteriyor.

Brenden Tervo-Clemmens (A&S ‘) “İnsan olarak kim olduğumuz hakkında ne kadar çok şey öğrenirsek, ortalama olarak farklı olduğumuzdan çok daha fazla benzer olduğumuzu öğreniyoruz – ve bu nedenle bu farklılıkları anlamak gerçekten zor” dedi. 21G), şimdi Pitt’te klinik psikoloji doktora öğrencisi olarak çok kurumlu araştırmayı birlikte yöneten Massachusetts General Hospital ve Harvard Medical School’da doktora sonrası bir arkadaş.

Araştırmanın merkezinde MRI (manyetik rezonans görüntüleme) beyin taramaları yer alıyor. Beyin rahatsızlıklarını teşhis etmek için paha biçilmez olsa da, araştırmacılar tarafından bir kişinin beyin yapısı ile kişilik ve zihinsel sağlık yönleri arasında bağlantılar kurmak için de kullanılmıştır.

Tervo-Clemmens ve meslektaşları, büyük veri kümelerinden genlerin genellikle küçük etkilerini deşifre etmeye çalışan “GWAS” çalışmalarına bir selam olarak bu tekniğe beyin çapında ilişki taramaları veya BWAS diyorlar (şüpheli bilim manşetlerinde görüldüğü gibi “bir depresyon geni” veya “zeka geni”).

“Yaklaşım benzer: İşte biyolojik olarak bir profiliniz, insan deneyiminizin karmaşıklığını ne kadar iyi belirleyebiliriz?” Tervo-Clemmens dedi. “Ve cevap, genellikle pek iyi değil.”

Bu tür tipik bir çalışma, kısmen tarama çalıştırmanın yüksek maliyeti nedeniyle, yaklaşık 25 katılımcıyı içerecektir. Ancak Tervo-Clemmens ve meslektaşları, bilim adamlarının buldukları bağlantıların sadece istatistiksel bir serap olmadığından emin olmak için 1000’den fazla beyin taraması yapmaları gerektiğini gösterdi.

Bu sonuca varmak, alana yakın zamana kadar mümkün olandan çok daha geniş bir bakış açısı kazandırmayı gerektiriyordu. Bir dizi kurumdaki meslektaşları ve danışmanı Pitt Psikiyatri Profesörü Beatriz Luna ile birlikte Tervo-Clemmens, birlikte yaklaşık 50.000 katılımcının MRI verilerini içeren halka açık üç yeni çalışmayı birleştirdi.

Ekip, bu devasa bilgi yığınını kullanarak, sanki bir araştırmaya katılan hastalarmış gibi tarama gruplarını rastgele seçerek bilim sürecini simüle etti. Araştırmacılar, bu süreci tekrar tekrar tekrarlayarak, herhangi bir sayıdaki taramanın sadece şans eseri yanıltıcı bir sonuç üretme olasılığının ne kadar olduğunu ve bir çalışmanın güvenilir olması için kaç katılımcının gerektiğini anlayabilirler.

Her araştırmanın 1000 beyin taraması gerektirmediğini gösterdiler. Tervo-Clemmens, “Amaç sadece beynin genel organizasyonu gibi bir şeyi anlamaksa, bunu yapmak için bazen sadece 10 ila 20 katılımcıya ihtiyacımız var” dedi. Tek bir beyin taraması, bir kişinin kişiliği ve zihinsel sağlığı hakkında çok az şey ortaya çıkardığı için, araştırmacıların bu karmaşık özellikler istatistiksel gürültüden güvenilir bir şekilde öne çıkmaya başlamadan önce çok büyük miktarda veriye ihtiyacı var.

Bu sorunu büyütmek, 21. yüzyıl biliminde iyi bilinen bir hatadır: Araştırmacılar, bir bağlantının olmadığını düşündüren daha az göz alıcı bulgular yerine, heyecan verici yeni bağlantılar gösteren sonuçları yayınladıkları için genellikle ödüllendirilirler.

İkinci sonuçların yayınlanma olasılığı daha düşüktür ve bir sabit sürücüde kaybolma olasılığı daha yüksektir. Bu nedenle, yalnızca küçük görüntüleme çalışmalarının aslında orada olmayan bir bağlantıyı “keşfetme” olasılığı daha yüksek olmakla kalmaz, aynı yanıltıcı araştırmalar da orantısız bir ilgi görür.

Tervo-Clemmens, Nature belgesinin tüm alanı anlatmak için tasarlanmadığını hemen fark ediyor. Nörobilimciler ve psikologlar, çeşitli diğer teknikleri kullanarak kişilik ve zihinsel sağlıkla ilgili soruları başarıyla ele aldılar. Ve kendi başlarına beyin taramaları, koşulları teşhis etmek ve beyinlerin nasıl çalıştığına dair daha geniş resmin haritasını çıkarmak için çok etkilidir. Bilim adamları bu ikisini birleştirip bir kişinin karmaşıklığını tek bir görüntüye indirgediğinde yetersiz kalıyorlar.

“İnceleme altında tutulan ve gerçekten tedaviyi yönlendiren bu çalışmaların sayısının bir elden daha azına güvenebiliriz” dedi. “Kendi alanımda, bir çalışma, belirli bir beyin bölgesinin artan işlevinin daha fazla semptomla ilişkili olduğunu gösterebilir, ancak neredeyse hiç şüphesiz, tam tersi etkiyi gösteren başka bir çalışma bulabilirsiniz.”

Tervo-Clemmens, şu anda çoğunlukla ergenlerdeki psikiyatrik ve madde kullanım bozukluklarına odaklanmış olsa da, bir araştırmacı olarak tek bir kutuya tam olarak uymuyor. “Ben bir tür psikoloğum ve bir tür istatistikçiyim ve bir tür sinirbilimciyim” dedi. Pitt’teki sınırları aşan eğitimiyle birlikte, bu güncel çalışma gibi geniş kapsamlı eleştirel araştırmalar yapmasına yardımcı olanın bu bakış açısı olduğunu açıklıyor.

Hastaları klinik psikoloji alanında doktora öğrencisi olarak görürken, aynı zamanda Center for the Nöral Basis of Cognition gibi disiplinler arası programlarda eğitim gördü ve araştırmaların genişliğini teşvik edici olarak değerlendirdiği deneyimler yaşadı. Pitt’i bir yüksek lisans öğrencisi olarak bu kadar harika yapan şeyin bu entegrasyon seviyesi olduğunu düşünüyorum” dedi.

Sonuç, diğer bilim adamları arasında şimdiden heyecan yaratan bir çalışmaydı. Anında bir klasik olan makale ve yayın öncesi versiyonu 250’den fazla başka bilimsel eser tarafından alıntılanmıştır.

Peki bu alandan nerede ayrılıyor?

İlk olarak, Tervo-Clemmens, sonuçlarının daha fazla incelemeye uygun olup olmadığını görmek için geçmişin daha küçük çalışmalarını yeniden incelemenin gerekli olduğunu söyledi. Gelecekteki araştırmalara gelince, bir çözüm, istatistiksel incelemeye dayanabilmeleri için karmaşık davranışlarla ilgili beyin tarama çalışmalarını basitçe büyütmek olacaktır. Ancak ileriye dönük başka bir olası yol daha var; araştırmacılar, kimliklerini daha iyi anlamak için hastaları zaman içinde ve bağlamlar arasında incelemenin yollarını buluyor.

Tervo-Clemmens, “Araştırmamızı genel olarak insanları nasıl düşündüğümüz ve anladığımızla uyumlu hale getirmemiz gerekiyor” dedi. “Bu, maliyet ve ekonomi açısından bir zorluktur. Ama aynı zamanda sonunda buna değecek bir şey olduğunu düşünüyorum.”

Bu, yalnızca birkaç on yıllık bir araştırma dizisi için büyüyen sancılar gibi: Stresli ve belirsizlik dolu, ama aynı zamanda alanın yeni ve heyecan verici yönlere doğru ilerlediğinin de bir işareti.

Bu beyin görüntüleme ve sinirbilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

Tekrarlanabilir beyin çapında ilişkilendirme çalışmaları binlerce birey gerektirir

Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), yeteneklerin belirli yapılara (örneğin, lezyon çalışmaları) ve işlevlere (örneğin, görev fonksiyonel MRI (fMRI)) iyi kopyalanmış haritalanması yoluyla insan beynine ilişkin anlayışımızı dönüştürmüştür. Akıl sağlığı araştırmaları ve bakımı, MRI’dan benzer ilerlemeleri henüz gerçekleştirmedi.

Birincil zorluk, beyin yapısı veya işlevindeki bireyler arası farklılıklar ile karmaşık bilişsel veya zihinsel sağlık fenotipleri (beyin çapında ilişkilendirme çalışmaları (BWAS)) arasındaki ilişkileri çoğaltmak olmuştur. Bu tür BWAS’lar tipik olarak klasik beyin haritalaması için uygun örnek boyutlarına (medyan nörogörüntüleme çalışması örnek boyutu yaklaşık 25’tir) dayanmıştır, ancak potansiyel olarak tekrarlanabilir beyin-davranışsal fenotip ilişkilerini yakalamak için çok küçüktür.

Burada, BWAS etki boyutlarını ve örnek boyutunun bir fonksiyonu olarak tekrarlanabilirliğini ölçmek için şu anda mevcut olan en büyük üç beyin görüntüleme veri setini (toplam örneklem büyüklüğü yaklaşık 50.000 kişi ile) kullandık. BWAS ilişkileri önceden düşünülenden daha küçüktü, bu da istatistiksel olarak yetersiz çalışmalara, şişirilmiş etki boyutlarına ve tipik örnek boyutlarında çoğaltma başarısızlıklarına neden oldu.

Örnek boyutları binlere ulaştıkça, tekrarlama oranları iyileşmeye başladı ve etki büyüklüğü enflasyonu azaldı. Fonksiyonel MRG (yapıya karşı), bilişsel testler (ruh sağlığı anketlerine karşı) ve çok değişkenli yöntemler (tek değişkene karşı) için daha sağlam BWAS etkileri tespit edildi. Beklenenden daha küçük beyin-fenotip ilişkileri ve popülasyon alt örnekleri arasındaki değişkenlik, yaygın BWAS çoğaltma başarısızlıklarını açıklayabilir.

Daha büyük etkileri olan (örneğin lezyonlar, müdahaleler ve kişi içi) BWAS olmayan yaklaşımların aksine, BWAS tekrarlanabilirliği binlerce bireyden oluşan numuneler gerektirir.