1.neuro-a madness to the methods in cognitive neuroscience

7
O nebunie in metodele neurostiintei cognitive? (A Madness to the Methods in Cognitive Neuroscience?) Anjan Chatterjee Incepand cu Paul Broca, relatia dintre minte si creier a fost preocuparea centrala a neurostiintei cognitive. In secolul 19, recunoasterea faptului ca facultatile mintale pot fi intelese mai bine observand (studiind) pacienti cu leziuni ale creierului a dus la dezbateri aprige in legatura cu trasaturile mintii. La sfarsitul Primului Razboi Mondial, neurologistii au schitat o structura de baza pentru organizarea neuronala a limbajului, a perceptiei si a cognitiei motoare. Geschwind a revizuit aceaste structuri in 1960, si pana in anii ’80 studiul leziunilor a ajuns sa incorporeze metode din psihologia experimentala, modele din stiinta cognitiva, formalitati din abordari computationale si progresele incipiente de imagistica structurala a creierului. Cam in aceeasi perioada neuroimagistica functionala si-a facut aparitia. Sondele mai vechi cu xenon au evoluat in imagistica BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) si Imagistica Perfuziei. In ultimele 2 decenii, caracterizate prin inovatii si evolutii tehnice, s-au inmultit centrele pentru neurostiinta cognitiva, jurnale ca si acesta sunt tot mai dese si intalnirea anuala a Societatii pentru Neurostiinta Cognitiva aduna foarte multa lume. In aceste timpuri navalnice, un grup de tineri ingineri in neurostiinta cognitiva care se pregatesc intr-un centru in care studiul leziunilor umane si neuroimagistica functionala sunt studiate (urmarite) cu aceeasi pasiune, isi pun intrebari despre impactul relativ al acestor 2 metode in practica. In articolul lor intitulat “Metoda conteaza: Un studiu empiric al impactului asupra neurostiintei cognitive” (Method matters: An empirical study of impact on cognitive neuroscience) sublineaza faptul ca natura informatiilor

Upload: diana-nistor

Post on 07-Sep-2015

219 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

A Madness to the Methods in Cognitive Neuroscience

O nebunie in metodele neurostiintei cognitive?

(A Madness to the Methods in Cognitive Neuroscience?)Anjan Chatterjee

Incepand cu Paul Broca, relatia dintre minte si creier a fost preocuparea centrala a neurostiintei cognitive. In secolul 19, recunoasterea faptului ca facultatile mintale pot fi intelese mai bine observand (studiind) pacienti cu leziuni ale creierului a dus la dezbateri aprige in legatura cu trasaturile mintii. La sfarsitul Primului Razboi Mondial, neurologistii au schitat o structura de baza pentru organizarea neuronala a limbajului, a perceptiei si a cognitiei motoare. Geschwind a revizuit aceaste structuri in 1960, si pana in anii 80 studiul leziunilor a ajuns sa incorporeze metode din psihologia experimentala, modele din stiinta cognitiva, formalitati din abordari computationale si progresele incipiente de imagistica structurala a creierului. Cam in aceeasi perioada neuroimagistica functionala si-a facut aparitia. Sondele mai vechi cu xenon au evoluat in imagistica BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) si Imagistica Perfuziei. In ultimele 2 decenii, caracterizate prin inovatii si evolutii tehnice, s-au inmultit centrele pentru neurostiinta cognitiva, jurnale ca si acesta sunt tot mai dese si intalnirea anuala a Societatii pentru Neurostiinta Cognitiva aduna foarte multa lume.

In aceste timpuri navalnice, un grup de tineri ingineri in neurostiinta cognitiva care se pregatesc intr-un centru in care studiul leziunilor umane si neuroimagistica functionala sunt studiate (urmarite) cu aceeasi pasiune, isi pun intrebari despre impactul relativ al acestor 2 metode in practica. In articolul lor intitulat Metoda conteaza: Un studiu empiric al impactului asupra neurostiintei cognitive (Method matters: An empirical study of impact on cognitive neuroscience) sublineaza faptul ca natura informatiilor obtinute prin aceste 2 metode este diferita. Foarte important, aceste 2 metode au puncte tari si puncte slabe complementare! O diferenta critica subliniata in articol e ca imagistica functionala furnizeaz date de correlatie, pe cand studiul leziunilor pot sprijini cererile de necesitate pentru o regiune cerebrala specifica care are o functie particulara.

Autorii avanseaza ipoteza ca in ciuda evidentei dezvoltari a imagisticii functionale din ultimul deceniu, studiul leziunilor ar avea un impact disproportionat asupra neurostiintelor cognitive pentru ca ele ofera posibilitatea stabilirii unui rol de cauzalitate pentru structura comportamentala, o cauzalitate care ar fi dificil de stabilit folosind imagistica functionala. Autorii nu si-au confirmat ipoteza. Utilizand metode bibliometrice ei au descoporit ca studii despre imagistica functionala erau citate de 3 ori mai des decat studii ale leziunilor, in mare parte datorita faptului ca studiile imagisticii aveau mai mari sanse sa fie publicate in jurnalele importante. Avand in vedere natura complementara a rezultatelor obtinute in urma ambelor metode, ei au anticipat aparitia referintelor extensive, dinspre o metoda spre cealalta. Totusi, ei au descoperit ca referintele erau deseori partinitoare, si, in plus, ca studiile de imagistica functionala citeaza studiile de leziuni considerabil mai putin decat invers.

Pentru a confirma tendintele indicate de colegi de-ai mei, am urmarit distributia metodelor neurostiintei cognitive in lucrarile acceptate pentru Intalnirea Anuala a Societatii Neurostiintei Cognitive din 2005 (Annual Meeting of the Cognitive Neuroscience Society). Studiile imagistice insumau peste o treime din toate lucrarile, urmate de studiile electrofiziologice, cea mai mare parte fiind cele cu potential legat de eveniment ( ERP event-related potential) si studii de magnetoencefalograma (MEG). Studiile care au folosit pacienti au insumat 16% din lucrari. Aceste studii pe pacienti au fost aproape uniform impartite intre studiile care incercau sa inteleaga o boala (47%), cum ar fi autismul sau schizophrenia, si cele in care erau luate in considerare relatiile structural-functionale (53%). Aceste observatii nu spun nimic despre impactul final al acestor studii, dar totusi scot in evidenta relativa lipsa a studiilor bazate pe pacienti, in special studiile care pornesc de la intrebari de baza din neurostiinta cognitiva.

Alti colegi au pus urmatoarea intrebare: in ciuda posibilitatii de a crea inferente (bazarea pe deductie), care e in principiu marele plus al leziunilor fata de studiile imagisticii functionale? De ce studiul leziunilor au, in practica, un impact mai mic? Tot ei sugereaza ca raspunsul decurge din unele elemente de ordin sociologic sau de ordin practic, mai degraba decat de ordin stiintific. In aceasta lucrare inaintez cateva speculatii asupra factorilor care contribuie la impactul relativ al acestor metode. Aceste speculatii nu se vor a fi cuprinzatoare, ci mai degraba un punct de pornire pentru niste discutii, ca raspuns la intrebarile formulate de colegi. In opinia mea, impactul disproportionat al studiul imagisticii functionale comparativ cu studiul leziunilor e cauzat de 3 factori: farmecul/atractia tehnologiei si a tot ceea ce e nou (inovatiile), de accesul usor la informatiile neurale, si, intr-un mod subtil, de pragmatismul testarii ipotezelor.

In primul rand, ceea ce e nou e atragator prin insusi faptul ca e nou. Fiind clinician, am primit deseori de la pacienti cereri pentru cele mai noi medicamente, chiar daca erau simtitor mai scumpe si nu a fost demonstrat ca erau si mai bune decat cele mai vechi. Sta in firea celor mai multi dintre noi sa credem in progres, si sa credem ca lucruri mai noi sunt automat lucruri mai bune. Studiul leziunilor exista de un secol si jumatate. Orice avansari facute acum ar fi doar incrementale, s-ar adauga la cele deja existente. In contrast, imagistica functionala e intra-devar un mod cu totul nou de a examina creierul uman. Avansarile tehnologice din acest ultim domeniu sunt impresionante si posibilitatea observarii proceselor neurofiziologice in cognitiv e o minune. Imagistica functionala e definita acuma ca marea stiinta, cu proiecte de mapare a creierului uman concurand cu proiecte de genom uman! Iar daca faptul de a conduce cercetari in acest domeniu implica investitii financiare substantiale, mobilizare de fizicieni, ingineri de aparatura si ingineri de soft, atunci cu siguranta este si un domeniu care plateste bine progresele in cunoasterea relatiilor creier-comportament.

In al doilea rand, cercetarea in neurostiinta cognitiva e conditionata de existenta unor informatii despre creier, de existenta unor pacienti. Acesta nu e un lucru usor. Obstacolele gasirii acestor pacientii care de obicei sufera de variate boli, examinarea lor si mai ales tinerea lor sub observatie, sunt destul de mari. Iar reglementarea actuala legata de cercetarile facute pe pacienti nu usureaza deloc acest lucru. Nu sunt multi neurochirurgi care au acces la pacienti pentru a face cercetari. In contrast, dupa ce s-a investit si s-a creat centrul de imagistica, accesul la date neurale e relativ usor. Numarul de laboratoare de neurostiinta cognitiva care conduc cercetari de imagistica depasesc probabil cu mult numarul laboratoarelor care conduc studii ale leziunilor.

Efectele imagisticii asupra neurostiintei cognitive sunt omniprezente. Cei mai multi neurochirurgi proaspat absolventi sunt interesati in invatarea metodelor de imagistica iar facultatile care conduc cercetari cauta, si ei, cel mai probabil, in acelasi domeniu. Deasemenea, editorialele jurnalelor de specialitate expun mult mai des experti in imagistica, si nu pe cei experimentati in studiul leziunilor. In unele cercuri nici nu se poate concepe neurostiinta cognitiva fara imagistica functionala.

Unii colegi sugereaza ca organizatiile care ofera fonduri si comitetele editoriale ar putea sa-si reevalueze practicile, astfel incat sa stimuleze rezultatele convergente pentru suporte temele de interes. Acest fel de examinare ar fi binevenit. Fiind eu insumi o persoana care a lucrat foarte mult pe studiul leziunilor (dar care in present conduce si studii de imagistica) am o simpatie pentru aceasta pozitie. Colegii scot in evidenta faptul ca punctul forte al studiului leziunilor inferenta (operatie logic de trecere de la un enunt la altul, posibilitatea de deductie) ofera posibilitatea gasirii unui rol de cauzalitate pentru structurile neurale, in unele functii. Merita sa ne intrebam totusi cat de mult aceasta posibilitate de principiu a fost aplicata si in practica?

Al treilea motiv pentru impactul disproportionat al imagisticii fata de studiul leziunilor cred ca sta in natura testarii ipotezelor, care in general se axeaza pe structura sau pe functie. Asta inseamna ca cineva ori ia o suficient de inteleasa functie sau proces si testeaza ipotezele daca cumva vreo structura neurala specifica e necesara pentru acel proces, ori ia un grup de pacienti cu leziuni bine delimitate si testeaza ipotezele pentru functii specifice pentru acele regiuni. Testele pentru structura sau functie sunt facute impreuna, dar la final testatrea ipotezei de obicei inclina intr-o directie sau cealalta. Istoric vorbind, studiul leziunilor a avut cel mai mare impact asupra intelegerii noastre asupra arhitecturii functionale a cognitiei, deseori cu o mica atentie spre structura. Organizarea memoriei si sistemele semantice, mecanismele implicate in citire, complexitatea cognitiei motoare si legatura dintre atentie si perceptie sunt cateva din ariile acoperite de studiul leziunilor. Fara o vedere nuantata asupra arhitecturii functionale a cognitiei, intrebarile despre structura sunt reduse la simpla frenologie. Aici e si un paradox al studiului leziunilor. In principiu, marea putere de inferenta poate fi folosita ca punct forte pentru intelegerea structurii, pe cand in practica acest punct forte a fost folosit mai mult in sondarea functiei.

Cum studiul leziunilor intr-adevar se axeaza pe structura, aceasta posibilitate de deducere a fost limitata de lipsa de informatii statistice care sa ajute aceaste inferente. Cea mai comuna metoda a fost sa se ia leziunile unui grup cat de cat omogen de pacienti, sa se transfere aceaste leziuni intr-un model si sa se examineze zonele care se repeta de cele mai multe ori ca si vatamare structurala. Aceasta abordare a si avut destul de mult succes in a stabili o prima aproximatie a structurilor necesare pentru anumite functii. Ignora in schimb frecventa cu care se pot produce vatamari ale acestor zone fara sa apara un deficit al functiei in cauza si in plus aceasta abordare e complicata din cauza ca locurile leziunilor (cel putin al celor produse in urma unor atacuri cerebrale) urmeaza anatomia vasculara, mai degraba decat cea neurala. Regiuni cerebrale adiacente, care pot avea functii diferite, pot fi lezate impreuna, iar regiuni diferite nu sunt incercate aleator. Metodele de cartografiere a leziunilor si fiabilitatea lor pot fi diferite pentru centre de cercetare diferite, si, deoarece leziunile cronice provoca deformari fizice semnificative, aceasta problema nu poate fi rezolvata prin protocoale complet automatizate. Efectele leziunilor subtile de materie alba, efectele varstei, sau evenimentele de reorganizare functional-anatomica care se petrec inaintea de instalare unei boli, nu sunt inca bine intelese.

Ca sa reiau o concluzie a unor colegi, punctele forte si punctele slabe ale studiilor leziunilor si ale imagisticii sunt complementare. Scopul meu nu e de a deplange impactul imagisticii asupra neurostiintei cognitive cat de a intreba cum poate fi marit impactul studiului leziunilor asupra acestei neurostiinte. Multe din argumentele in jurul carora am speculat si care explica impactul disproportionat al studiului imagisticii, se pot aplica si la studiul leziunilor. In primul rand aceasta atragere a inovatiilor tehnologice in imagistica incepe sa se simta si in studiul leziunilor. Aceste studii se folosesc deja de imagistica perfuziei, de imagistica cu difuziune si si de modalitati tehnologice mai bune pentru inregistrarea leziunilor. In al doilea rand, acces mai bun si mai larg la pacienti, pentru cercetare, ar fi in beneficiul cercetarii neurale ca un tot. In prezent, doar in cateva centre se conduc cercetari pentru studiul programatic al leziunilor. Cu personal adecvat, baze de date cu pacienti ar putea fi create cu o fractiune din costul unui centru de imagistica. Fenomenologia dramatica a pacientilor cu leziuni cerebrale focale ar atrage cu siguranta mai multi investigatori, daca acestia ar putea vedea pacientii. Disectii ale acestei fenomenologii a fost si va continua sa fie o bogata sursa din care noi ipoteze sunt generate. Ca un ultim punct, constrangerea legata de volumul de statistici in testarea ipotezelor structura functie la pacienti, nu e insurmontabila. Cu un numar suficient de pacienti, metode de mapare din studiul imagisticii bazate pe elemente de volum ( voxel = volum element) ar putea fi adaptate pentru studiul leziunilor. Aceste adaptari deja incep sa se intample, si acest lucru ar fi ajutat/grabit printr-un acces mai larg la pacienti.

In concluzie doresc sa ma alatur colegilor mei, subliniind importanta interschimbarii/compararii rezultatelor intre metode in neurostiinta cognitiva. La asta as adauga ca aceasta comparare duce la rezultate mai importante daca fiecare metoda e aplicata si urmata la potentialul maxim. Studiile de imagistica s-au maturizat atat de mult incat incep sa apara tipuri de investigare care se pot folosi exclusiv pentru aceasta metoda. Studiul leziunilor, care initial a profitat de pe urma progreselor in stiinta cognitiva si cea computationala, e acum in postura de a profita de pe urma progreselor in imagistica. Cei mai multi credem in progres. Lucruri mai noi se pot dovedi a fi lucruri mai bune.