【fMRI】Module 4.2 Psychological Inference Part 2

作者：萌康
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PS 原課程網址為Coursera <Principles of fMRI 1>
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4.2 心理學推論第2部分

摘要：以給公牛通電刺激其腦區的實例切入本節核心觀點，討論心理狀態與腦活動到底是不是一一對應的映射關係，即所謂的反向推斷（reverse inference）是否成立。極端觀點認為不是一種對應關係，但主講人認為可以是對應關係，並使用神經科學和量化反向推斷兩種取向予以闡述。

首先，我們來看一下二十世紀五十年代的一個例子。在例子中，即便是控制了很多額外因素，且直接操縱大腦的情況下，進行有效的反向推斷也是十分困難。下圖是Jose Delgado（圖1），自己騎在牛上，並手拿一個圓環。然後給他通電，他把電極放到公牛的大腦中。之後他宣稱，發現了公牛大腦的攻擊區域（aggression center）。為了證明這一點，他按下了無線控制器的按鈕，電極開始放電，公牛卻猛然地停下來了，原話是「變成了像費迪南一樣的溫和。

圖1

所以他找到攻擊核心區域了嗎？那我們來看看試驗中電極在腦中的位置，這是另外一頭奶牛的大腦電極放置在尾狀核的位置。我們剛剛看到的電極所在的區域可能是愉快系統的一部分，但也同樣涉及到動作的模仿。

當按下按鈕的那一刻，公牛連續向右轉。也許是因為電極通電抑制了攻擊行為？然後一些我們不知道的因素讓野牛向右轉？可是哪怕這個區域與攻擊行為無關這樣的解釋也行的通啊所以這個和許多其他例子（圖2）均表明，很難真正做出關於大腦表徵（brain representation）可信的反向推斷，這些表徵涉及一些特別的任務，例如情緒或者心理狀態等。

圖2

圖2注

尾狀核：公牛停下攻擊是因為被迫持續右轉

那麼有可能做出反向推斷嗎？Max Coldheart 2006年進行了一系列實驗，並發了文章，闡述了這個問題，可能到目前為止，功能性磁成像（fMRI）不能教會我們任何關於大腦的信息（圖3）（本章重點）。當然了，這是種極端觀點,但是我認為反向推斷是可能的，只是沒那麼簡單。所以我們採取兩種策略。一個就是我們熟知的神經科學。

圖3

圖3 注

反向推斷很困難，即便是你直接操縱大腦

但這是可能的嗎？提供神經圖像結果的例子用來區分兩個相悖的心理理論

所以，當你已經瞭解一些大腦區域的相關功能了，那麼激活區域會成為有趣的話題。第二個策略是我們稱為量化反向推斷。猶如，我們有個大腦製造器，可能會像尾狀核一樣激活，我們估計激活是因為幾個理想的任務。我們可以量化敏感性，特徵性，陽性預測值。這可能需要檢驗大量任務、背景和研究人羣來進行驗證。

圖4

圖4 注

策略1：有影響力的神經科學

-大量關於心理學加工的先驗知識，這些加工可以（不可以）激活某些腦區

-假設這些激活說明瞭心理加工

策略2：量化反向推斷

-通過一些任務激活某些區域（或者其他腦技術）

-量化敏感性、特徵性和陰陽性預測值

-可能需要檢驗大量任務、背景和研究人羣

所以以上是很多研究的綜合。兩種取向都是值得借鑒的,所以我們可以並用。對於第一種取向這有個例子。回到Kosslyn的工作上，這個例子是此領域中，我最喜歡且使用大腦成像理論檢驗心理學理論眾多例子的其中一個。在Kosslyn和Pylyshyn1973年開始爭論實驗污染時，Pylyshyn宣稱，當在你心智（mind）中形成一些心理圖片時，心理意象（mental imagery）是一種命題功能。它是邏輯規則的集合。那麼看到的心理圖像感覺是一種真實的副現象（epiphenomenon）。

例如，如果你想像一幅藏寶圖在棕樹的西面，那麼你不能真實看到腦中的地圖，或者至少不是以一種重要的方式看到。這也是邏輯的集合。 Kosslyn 對此進行了否認，心理意象可能是描繪性的，而不是類比性的，對於知覺它使用另一種系統。這場爭論持續了數十年。最後使用大腦成像的證據解決了以上問題。大腦的中樞區域是沿著科科倫裂縫（corcoran fissure）的初級視覺皮層。

這個圖片是早年Roger的研究，可以看出，視覺皮層V1用來繪製地圖，皮層上不同的點和視網膜地圖上不同的點是一一映射的關係，從而形成了地圖。先給出刺激，像你在左側看到的圓環，右側是猴子真實的初級視覺皮層，你可以看到2-脫氧葡萄糖進行新陳代謝。所以這是一種映射，特別是對於腦後部而言，這個區域中央的中央凹是一種映射，對於前部大腦其餘區域的映射更為靠前。

所以會有個很強的關於視覺皮層激活的先驗預期。Kosslyn所做的一系列實驗中，其中一個很有趣。他讓被試想像一個小寫字母A和一個大寫字母A，然後，當他們想像一個小寫字母A，他會看到密集激活了V1附近區域，然後當他們想像一個大寫字母A，區域會擴展的靠前些。猶如期望的那樣，這既是描述性的也是類比性的。這可以用命題式的表徵結構去解釋。

圖5

圖5注

策略1例子：心理意象

心理意象和看到的一樣嗎？

Pylyshyn（1973年以後）：意象是種命題理解---邏輯規則的集合。「看到」的心理

圖像感覺是一種副現象。

Kosslyn：意象是描述性和類比性的，使用知覺機制。

想像小寫字母「A」:中央凹激活

想像大寫字母「A」：前部區域激活

-心理意象激活了初級視覺皮層

第二個例子是元分析（meta-analysis）。下面的元分析中，分析結果是建立在很多不同研究之上的。在神經成像領域，元分析通常跨越不同種類和類型的研究，這可以幫助我們量化反向推理的能力。所以圖6 中，可以看出對6個不同種類的研究進行了元分析，可以看出任務分類在圖的下面，每種類型至少有40項研究或者更多（180個）。

圖6

圖6注

策略2 例子：元分析

-元分析是建立在很多不同研究結果之上的分析

-在神經成像方面，元分析通常跨越不同種類和類型的研究，這可以幫助我們量化

反推理的能力。

整合的研究包括，情緒、抑制、長時記憶、痛覺、注意力轉換、工作記憶。之後我們能做的是，探究出一種方式一次性激活次級身體感覺皮層。在痛覺感受中或者在做痛覺任務的時候，確定是痛覺，而不會是任何其他種類的任務？在這些案例中我們發現，痛覺任務可能激活了F2區域，這是一個陽性預測值，接近90%（87%）。所以這一類型的反向推斷解釋了，在另一種選擇定義下是怎樣運行的。

所以現在讓我們想想大腦構圖對什麼有用，可以做什麼或者不能做什麼，然後結束本節課程。可以建立在激活的基礎上進行推斷，既不能幫助我們檢驗一種理論，也不能幫助我們區分出理論構建中任務反應的模式，甚至不能解釋、分析、發展理論。而僅僅能在某個特徵水平上限制假陽性率，這是我們僅僅得到的結果，而且確定是值得信賴的。如果某些理論是關於哪些區域是否激活的，我們可以在此基礎上進行假設檢驗，並提供證據。所以我們可以檢驗的是大腦區域r是否涉及任務x。大腦成像或者大腦譜圖不能真實提供反向推斷，至少不是直接證據。這需要更為精妙的實驗設計、專業的分析、許多研究和條件。