Evoluţia recentă a imagisticii creierului ne oferă posibilităţi nemaiîntâlnite de a accesa gândurile şi stările mentale.

De Daniel Bor

Pentru a face pe placul colegilor mei din departamentul de cercetare, am fost adesea cobaiul lor pentru testarea performanţelor echipamentului de rezonanţă magnetică funcţională. Aproape de fiecare dată, m-am luptat din răsputeri să nu aţipesc în timp ce stimulii vizuali apăreau şi dispăreau pe micul ecran din faţa mea, iar sunetele ascuţite, cu efect hipnotic, ale scannerului răsunau în jur. De data aceasta însă avea să fie diferit. Colegul meu Martin Monti, specialist ca şi mine în neuroştiinţe la MRC Cognition and Brain Sciences Unit de la Cambridge, Anglia, urma să îmi citească gândurile. Pe măsură ce patul pe care stăteam întins glisa automat în interiorul scannerul cilindric gigantic, am avut sentimentul straniu că urma să fiu dezgolit, cel puţin mental.

Sarcina era simplă: Monti îmi punea întrebări – dacă aveam sau nu fraţi, dacă credeam că Anglia avea să câştige meciul de fotbal din acea seară şi altele de acest fel. Dacă doream să răspund „da“, atunci trebuia să mă imaginez jucând tenis, ceea ce ar fi activat o serie de arii cerebrale motorii cunoscute. Dacă doream să răspund „nu“, atunci trebuia să îmi imaginez că mă plimb prin camerele locuinţei mele, ceea ce ar fi activat o cu totul altă serie de arii cerebrale implicate în perceperea decorului. Dat fiind faptul că fiecare sesiune de scanare – respectiv fiecare răspuns da sau nu – lua cinci minute, conversaţia n-a fost una dintre cele mai captivante pe care le-am avut vreodată, însă când Monti a reuşit să identifice cu precizie fiecare răspuns, a devenit fără îndoială palpitantă şi, în egală măsură, neliniştitoare.

Anul trecut, Monti şi alţi specialişti au utilizat această tehnică în evaluarea unui pacient diagnosticat cu stare vegetativă definitivă, care prezentase câteva manifestări externe de conştienţă. Cercetătorii au demonstrat că pacientul era conştient încă şi putea chiar să comunice, după cum chiar ei relatau în numărul din 18 februarie 2010, al New  England Journal of Medicine. Pacientul răspundea întrebărilor cu „da“ sau „nu“ aşa cum răspunsesem  eu, doar în gând (vezi imaginea de mai sus). Nicio altă tehnologie existentă în prezent nu ar fi putut demonstra că în trupul inert al pacientului era captivă o minte pe deplin conştientă şi capabilă să comunice (pentru o prezentare a procesului de dezvoltare a acestei tehnici vezi „Freeing a Locked-In Mind“, de Karen Schrock; Scientific American Mind, Aprilie/Mai2007).

O asemenea demonstraţie de telepatie ştiinţifică nici nu s-ar fi putut imagina în urmă cu zece ani. Dar acum, „citirea gândurilor“ în diverse modalităţi a început să domine domeniul neuroştiinţelor. Ce anume a generat această revoluţie? În ultimii cinci ani, mulţi cercetători şi-au schimbat modul de a analiza datele adunate cu ajutorul echipamentelor de scanare. Folosind o tehnică nouă de prelucrare a datelor, ei au descifrat activitatea cerebrală, pentru a dezvălui nu numai conţinutul gândurilor conştiente, dar şi informaţii din inconştientul subiecţilor – şi chiar recompunerea imaginilor din filmele pe care aceştia le vizionau. Noua tehnică a dus la înţelegerea modului complicat de funcţionare a memoriei şi a complexului proces decizional. Şi, metoda este încă la început – cele mai incitante descoperiri urmează, fără îndoială, să fie făcute de acum încolo.

Cum se pot vedea şi copacii, şi pădurea
Dorinţa de a pătrunde în minţile oamenilor este departe de a fi una nouă. Poligraful reprezintã un produs care este cunoscut de aproape un secol, de când a intrat în scenã rezonanţa magneticã. Dezvoltată În anii ‘90, această tehnologie imagistică a oferit o oportunitate complet nouă de a privi în interiorul proceselor cognitive, chiar în timp ce acestea se desfăşoară, prin surprinderea parametrilor fluxului sanguin în ariile cerebrale active. Însă volumul de datele furnizate de imagistica funcţională poate fi foarte extins. Fiecare imagine a activităţii cerebrale ar putea necesita 100.000 pixeli tridimensionali, denumiţi voxeli, la fiecare două secunde, fiind generată o nouă imagine, durata totală fiind de până la două ore. Înmulţiţi această valoare cu aproximativ 20, adică numărul subiecţilor dintr-un studiu, şi obţineţi probabil patru miliarde de voxeli care trebuie examinaţi. Metoda clasică de rezolvare a acestei probleme este focalizarea asupra unui singur voxel, din cei 100.000 conţinuţi de fiecare imagine, care ocupă aceeaşi poziţie la toţi subiecţii, pentru a vedea dacă în timp se observă o creştere sau o scădere de activitate a acestuia în concordanţă cu fluctuaţiile mentale studiate.

Analizarea imaginilor în acest mod presupune însă renunţarea la un volum considerabil de date utile, prin ignorarea modului în care aceşti voxeli ar putea conlucra, în cadrul unui pattern de activitate, cu scopul de a construi informaţia. Analiza prin vechea metodă este ca şi cum am privi o fotografie neclară şi am concluziona că doar zonele strălucitoare sunt importante. Noua metodă presupune luarea în considerare a tuturor texturilor şi contrastelor prezente în fotografia neclară, apreciind modul în care acestea relaţionează între ele pentru a crea forme şi figuri – şi, în final, recunoaşterea unui peisaj colorat sau a unei feţe zâmbitoare.

Această metodă nouă, de o precizie mult mai mare, cunoscută sub denumirea de analiză multivariată a patternurilor (MVPA) este realmente o formă de inteligenţă artificială. Programul creează algoritmi pe baza cărora evenimentele mentale sunt asociate cu patternuri specifice de activitate cerebrală – de exemplu, atunci când, conform instrucţiunilor, o persoană se gândeşte la tenis, programul detectează semnalul corespunzător în pattern-ul activităţii în rândul voxelilor ariei motorii – şi apoi, pe baza acestor evaluări, face predicţii asupra modului în care noile date cerebrale relaţionează cu starea mentală a persoanei. De fiecare dată când programul găseşte un pattern identificabil al semnalelor cerebrale, face o predicţie în legătură cu ideea la care se gândeşte persoana – dacă joacă tenis sau, în cazul în care indicatorii activităţii cerebrale iau o altă formă, face ceva cu totul nou. Aceste predicţii pot oferi specialiştilor în neuroştiinţe posibilitatea de a citi gândurile.

Localizarea conştientizării
Cel mai semnificativ succes iniţial al MPVA a venit în urma dificilei încercări de a studia modul în care activitatea cerebrală generează conştiinţa. De exemplu, cum conştientizează oamenii, vizual, lumea din jurul lor. În 2005, specialistul în neuroştiinţe Geraint Rees şi colegii săi de la University College London, Marea Britanie, cercetat un efect popular, cunoscut sub denumirea de rivalitate binoculară. Atunci când fiecare dintre ochi vede altă imagine, oamenii percep conştient aceste imagini ca fiind succesive, chiar dacă ochii le vizualizează în acelaşi timp. Conştiinţa tinde să oscileze între cele două imagini la fiecare aproximativ 15 secunde. Utilizând MVPA, echipa condusă de Rees a arătat ce se întâmplă la nivel cerebral în timp ce imaginile apar şi dispar din câmpul conştiinţei. Ei au observat că activitatea în cortexul vizual primar, prima arie corticală care reacţionează atunci când privim ceva, reprezintă un imput brut care nu are aproape nimic în comun cu imaginea pe care o vedem conştient. Alte arii vizuale, mai complexe, care se activează mai târziu pe măsură ce evenimentele se derulează, s-au dovedit a fi cele care creează imaginea pe care oamenii o relatează la un moment dat. Metodele tradiţionale de analiză a imaginii nu au capacitatea de a detecta asemenea rezultate.

Mai şocant chiar, Rees şi colegul său John-Dylan Hayes, în prezent la Bernstein Center for Computational Neuroscience din Berlin, Germania, au utilizat MVPA pentru a descifra gândurile inconştiente ale subiecţilor. Ei au arătat participanţilor voluntari imagini reprezentând un disc negru marcat cu linii albe întrerupte, orientate în una din două direcţii posibile. În cea mai mare parte a timpului, discul era obturat de un alt disc pe care erau linii încrucişate orientate în ambele direcţii (vezi imaginea din pagina anterioară). Atunci când discul suprapus dispărea, discul ţintă era vizibil timp de 17 milisecunde – un interval mult prea scurt pentru ca voluntarii să perceapă conştient direcţia liniilor întrerupte. Şi, aşa cum era de aşteptat, ei nu puteau decât ghici orientarea liniilor de pe discul ţintă, având deci un nivel de reuşită de 50%. Folosind însă MVPA pentru a studia activitatea cortexului vizual primar, cercetătorii au putut observa ce direcţie a liniilor era văzută de subiect – chiar dacă subiectul însuşi nu-şi dădea seama de acest fapt! La fel ca în studiul anterior, rezultatele sugerează ideea conform căreia cortexul vizual primar reprezintă o variantă exclusiv cerebrală a ceea ce ochiul percepe; această informaţie este ulterior procesată de alte arii vizuale cerebrale în modalităţi mai conştiente.

Nu a durat mult până când MVPA, această metodă impresionantă, şi-a găsit aplicaţii în domenii mult diferite de cea a percepţiei conştiente. Deşi este discutabil din punct de vedere etic, se înregistrează progrese în utilizarea MVPA pentru a decide dacă o persoană minte (vezi „Portrait of a Lie“, de Matthias Gamer; Scientific American Mind, Februarie/Martie 2009) deşi rezultate mult mai importante s-au evidenţiat într-un alt domeniu, acela al luării deciziilor.

În 2008, Haynes a cerut unor voluntari să rezolve o sarcină simplă – să aleagă dacă vrea să apese butonul din dreapta sau pe cel din stânga al unei telecomenzi, în timp ce le era înregistrată activitatea cerebrală prin metoda rezonanţei magnetice funcţionale. Atunci când Haynes a stabilit acest algoritm pentru a afla ce pattern-uri corespund acestei decizii, a fost surprins să descopere semnale puternice în cortexul prefrontal şi parietal (arii implicate în procesarea scopurilor noi şi complexe) cu până la 10 secunde înainte ca voluntarul să decidă conştient să acţioneze. Acest rezultat are implicaţii profunde. Înseamnă oare că nu dispunem de liber arbitru? Sau cã acesta intră în scenă doar când este vorba de decizii mai complexe? Sunt necesare şi alte studii pentru a răspunde la aceste întrebări, însă este incitant că MVPA a adus în discuţie, pe tărâmul psihologiei, asemenea aspecte, care reprezentau cândva un subiect eminamente filozofic.

Eu ştiu ce vezi tu
O limită a multor studii ce utilizează imagistica funcţională este aceea că stimulii sunt atât de artificiali – de exemplu, linii întrerupte pe un disc negru – încât posibilitatea de generalizare a rezultatelor la lumea reală este limitată. În prezent însă, datorită flexibilităţii şi eficienţei metodelor MVPA, este posibilă redarea unor fotografii sau înregistrări video în interiorul echipamentului de scanare şi analiza activităţii cerebrale generate. Asemenea metode le-au permis cercetătorilor să se perfecţioneze în înţelegerea principiilor de bază ale proceselor mnezice. De exemplu, specialistul în neuroştiinţe Eleanor Maguire, de la University College London, Marea Britanie, şi colegii săi au utilizat de curând tehnologia MVPA pentru a identifica patternurile din aria cerebrală responsabilă pentru stocarea informaţiilor, hipocampul. Potrivit datelor publicate în numărul din 23 martie al Current Biology, cercetătorii au arătat participanţilor voluntari trei clipuri video de câte şapte secunde, reprezentând femei în timp ce se ocupau cu activităţi cotidiene (de exemplu, sorbeau cafea dintr-un pahar de plastic, după care aruncau paharul la coş). Voluntarii au fost apoi solicitaţi să-şi amintească fiecare clip, în timp ce le era înregistrată activitatea cerebrală. Folosind MVPA, cercetătorii au putut prevedea ce clip îşi amintea fiecare voluntar Într-un anumit moment. Aceştia au mai descoperit că anumite zone ale hipocampului, printre care porţiunile anterioară stângă şi dreaptă şi posterioară dreaptă, sunt importante mai ales pentru stocarea informaţiilor ce constituie aşa-zisa memorie episodică (vezi imaginea de pe pagina alăturată).

Oricât de impresionante ar fi rezultatele, studiile realizate până acum sunt relativ brute, în sensul că pot identifica una din câteva stări mentale (joc de tenis sau interiorul locuinţei?). De aici şi până la o reală descifrare a gândurilor este cale lungă, scopul fiind descifrarea gândurilor unei persoane fără raportarea la o listă scurtă, prestabilită, de posibilităţi. Unul dintre laboratoare pare însă a fi ajuns mai aproape de acest deziderat. Specialistul în neuroştiinţe Jack Gallant de la Universitatea California, Berkeley, Statele Unite, şi-a publicat în 2008 rezultatele potrivit cărora programele sale pot identifica imaginea pe care tocmai a vizualizat-o o persoană, dintr-un grup de 1.000 de imagini – un salt dramatic de la cele două-trei opţiuni pe care alţi algoritmi au reuşit să le analizeze. În cadrul conferinţei Societăţii pentru Neuroştiinţă, din toamna trecută, Gallant a prezentat informaţii care mergeau mult mai departe – reconstituind efectiv, pe baza activităţii evidenţiate la nivelul cortexului vizual, ceea ce vedeau voluntarii atunci când vizionau o serie movie-trailere. De exemplu, exact în momentul în care apărea pe ecran un bărbat îmbrăcat în cămaşă albă, programul proiecta conturul alb al unui trunchi uman. Aceste date nu au fost încă fãcute cunoscute într-o publicaţie de specialitate iar reconstrucţia se află încă într-un stadiu preliminar, motiv pentru care rezultatele trebuie luate ca atare. Cu toate acestea, un succes chiar neconfirmat sugerează posibilităţi tentante, cum ar fi posibilitatea de a „citi“ amintirile celor care au fost martori la crime sau de a Înregistra şi reda imagistica vizuală onirică.

Unii cercetători sunt însă sceptici cu privire la perspectivele deschise de MVPA. Studiile care demonstrează că această tehnică poate genera predicţii corecte sunt semnificative din punct de vedere statistic, dar asta înseamnă adesea că predicţia computerului este doar sensibil deasupra limitei hazardului. Multe din studiile care se bazează pe MVPA să aleagă între două alternative au, de exemplu, o rată de acurateţe de 60%, în condiţiile în care alegerea unei variante la întâmplare oferă o acurateţe de 50% – ceea ce înseamnă că vorbim de o îmbunătăţire bine-venită, dar departe de a fi telepatie. Experimentul de tip da/nu la care am participat este mult mai bine conceput, în parte datorită faptului că adună un volum mare de date înainte de evaluarea predicţiilor. Şi totuşi, dacă din curiozitate mi-aş fi imaginat că joc baseball în loc de tenis sau m-aş fi plimbat prin interiorul casei în care am copilărit, nu în locuinţa mea actuală, nici programul de predicţie şi nici experimentatorul n-ar fi ştiut că încalc regulile.

No related posts.