Tag Archives: fMRI

Что было, что будет

мужчина и женщина едят на свежем воздухеВ одном эксперименте (Axelrod, Rees, & Bar, 2017) людям показывали картинки наподобие той, что в начале, и предлагали одно из четырех заданий:

1) представьте, что было до этой сцены (past imagery)
2) представьте, что будет после (future imagery)
3) вспомните себя в подобной ситуации (episodic memory)
4) поставьте себя на место одного из участников (empathizing).

После этого человек закрывал глаза и в течение 11 секунд представлял себе, что его просили. Затем, по звуковому сигналу открывал глаза и оценивал яркость воображаемой сцены.

Участники этого эксперимента делали это все в функциональном томографе. Целью исследования было дальнейшая детализация процессов, которые происходят в работе сети по дефолту (default mode network). Исследование сложнее и включало несколько экспериментов, а мы коснемся лишь одного аспекта.

Исследователи выявили три разных когнитивных процесса, которые активировались во время такого воображения. Ученые подозревают, что их больше, и дальнейшие исследования будут их «отлавливать». На картинке это показана активация, кстати, этой самой сети по дефолту:

Default mode network - DMN

Интересно, что во всех четырех случаях яркость воображения, по отчетам частников, была практически одинаковой. Обратите внимание, как эти воображаемые события похожи в сравнении, при этом для их производства мозгу не требуется никаких внешних стимулов – ни картинок, ни звуков, ничего.

Это – еще один пример того, что нейронная сеть, производящая внутренние симуляции, и в частности, воспоминания о прошлом, также задействована в симулировании будущего. Мы знаем, что симулируем будущее хуже, но не сильно хуже. И в связи с этим, вопрос, который меня заинтересовал в этой связи: почему мы не чувствуем той же яркости и полноты в симуляции будущего, как в воспоминаниях о прошлом, если эти симуляции так похожи по активности работы мозга? Ответов может быть много – например, чтобы отличать одно от другого. Вряд ли окружающим понравится свободно разгуливающий по улице человек, который не отличает воображаемые им события от реальных событий прошлого.

Axelrod, V., Rees, G., & Bar, M. (2017). The default network and the combination of cognitive processes that mediate self-generated thought. Nature Human Behaviour, 1(12), 896-910. doi: 10.1038/s41562-017-0244-9.


Мороженое, которое мы выбираем

девушка с мороженымКто откажется от участия в эксперименте, в котором вам предлагают съесть сколько угодно мороженого любого вкуса? Психологи-исследователи любят использовать его в экспериментах, потому что так легче соблазнить людей для участия.

Есть и другие причины: мороженое – уникальный продукт, с особенной текстурой, и оно легко принимает нужный аромат и вкус. Оно также тает во рту, что делает его хорошим кандидатом для исследования в функциональном томографе, в котором желательно как можно меньше двигать челюстями. Функциональный томограф измеряет потоки крови в те или иным регионы мозга, и определяет степень активности – чем больше крови (энергии и кислорода) поступает в регион, тем более он активен. Разные регионы активируются в различных ситуациях.

Так, например, ученые Лондонского института психиатрии сканировали мозг людей, в то время как кормили их с ложечки ванильным мороженым. Оказалось, что практически моментально активировалась орбитофронтальная кора. Это регион мозга не реагирует на обычную еду или привычные события, и активируется только тогда, когда люди получают наслаждение при прослушивании музыки, или узнают, что выиграли лотерею, или получили желанное признание в любви. Это в чистом виде ощущение счастья.

Как показали ученые из Университета Вицбюрга в Германии, когда мы переживаем сильные эмоции, неважно, печали или радости, наш мозг плохо «понимает» жирность пищи. Поэтому когда мы грустим, мы можем незаметно для себя съесть целое ведерко мороженого. Это стоит иметь в виду тем, кто следит за весом. Зато эти же сильные эмоции помогают мозгу различать сладкое, кислое и горькое, лучше, чем в обычном состоянии, на 15%.

В мороженое практически всегда добавляют крахмал, для придания текстуры. А в слюне содержится амилаза, энзим, который расщепляет крахмал на простые соединения сахара. Чем больше амилазы, тем быстрее продукт, содержащий крахмал, превратится в более жидкий состав с сахаром. Генетические исследования последних лет показали, что у людей производство амилазы в слюне может существенно варьироваться. Поэтому один и тот же продукт может восприниматься разными людьми по-разному: для одних текстура полная и кремовая, а для других – липучая и водянистая. Так что наши предпочтения определенных сортов мороженого могут зависеть от количества крахмала в нем, и объема амилазы, которую мы производим. Какое мороженое нравится вам?

Глава Фонда использования и исследования запаха и вкуса Алан Хирш (про другие его исследования я писал ранее) утверждает, что наш выбор мороженого может сказать многое о нас самих. Участникам исследования предложили выбрать любимый сорт мороженого, после чего их протестировали целой батареей психиатрических тестов, предназначенных для оценки личности. К слову, это исследование было спонсировано компанией-производителем мороженого, но методология вполне нормальная.

Обнаружились интересные закономерности:

Предпочтение к какому-то сорту мороженого устанавливается в детстве, и чаще всего остается неизменным. Мороженое вообще тесно связано с воспоминаниями детства.

Любители ванильного мороженого – идеалистичны, готовы к риску, больше полагаются на интуицию, чем на логику, и импульсивны.

Клубничное мороженое соблазняет чаще всего интровертов, людей спокойных, надежных, и вдумчивых.

Те, кто любят шоколадное мороженое, также любят флирт и соблазнение, они веселы, обаятельны, хотя порой и драматичны.

Мороженое с мятой выбирают люди, которые любят поспорить. В споре они обязательно найдут ложку дегтя в бочке меда. Они амбициозны и уверены в своей правоте.

Разноцветные фруктовые мороженые предпочитают, неожиданно люди пессимистичные. Такие люди долго решают и дотошно анализируют происходящее.

Мороженое с какао, бисквитом, грецким орехом и кусочками зефира – выбор людей агрессивных и удачливых в делах. Они также весьма хорошие слушатели.

Мороженое с ароматом кофе любят люди, живущие с размахом, с фонтаном энергии и драмы. Они не думают о будущем, живут настоящим и нуждаются в постоянном оживлении романтических отношений.

Люди дела («сказано – сделано»), щедрые и компетентные предпочитают ванильное мороженое с кусочками шоколада.

Мороженое с грецким орехом или пеканом соблазняет преданных, уважительных и честных людей. У них высокие моральные принципы и они боятся причинить боль чьим-то чувствам.

Хирш даже утверждает, что по любви к определенному типу мороженому можно судить о совместимости людей, если им нравится один и тот же сорт, особенно, со сложной композиций – например, ванильное мороженое с кусочками шоколада и мятой.

Нет ни одной причины, кроме прямого запрета лечащего врача, чтобы не пойти и съесть немного мороженого прямо сейчас! Счастье – измерение позитивных ощущений или эмоций, и с этой точки зрения, мороженое – пожалуй, самый откровенный передатчик счастья. Может быть, шоколад тут ему не уступает, поэтому представьте себе силу комбинации мороженого с шоколадом!

Adam, D. (2005). How ice cream tickles your brain. The Guardian, 29 April 2005.

Innes, E. (2013). Why we eat a whole tub of ice cream when we’re sad: Feeling down can reduce our ability to taste fat. Daily Mail, 7 June 2013.

Jung, A. (2015). Hidden personality traits revealed through your favorite ice cream flavor. Riders Digest.

Wang, S.S. (2010). The science behind why we love ice cream. The Washington Post, Nov. 8, 2010.

Картинка в начале статьи – Flickr.


Компенсаторные способности мозга

Oliver Burston, 2005, Wellcome ImagesУченым из Carnegie Mellon University’s Center for Cognitive Brain Imaging впервые удалось показать, как мозг адаптируется к повреждениям.  Исследование (Mason, Prat, & Just, 2013) показало, как в случае снижения функциональности одного региона, мозг немедленно подключает резервные регионы, выполняя работу не только выведенных из строя, но и поддерживающих их структур.

Ученые применяли транскраниальную магнитную стимуляцию (repetitive Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS)) для временного выключения зоны Вернике (региона, ответственного за понимание языка) у участников эксперимента, используя функциональный магнитный томограф (fMRI). Людей просили выполнять задачи по пониманию смысла предложений до, во время воздействия и после воздействия rTMS.

Воздействие транскраниальной магнитной стимуляции на зону Вернике и связанные с ней зоны

Снижение функций и перекрывающее восстановление в ответ на стимуляцию rTMS. Применение транскраниальной магнитной стимуляции на зону Вернике (семантическая обработка, показана синим кружком) приводит к снижению функциональности в регионах, обрабатывающих речь (например, left temporal, left inferior frontal, left inferior parietal), в также правополушарных регионах (right inferior frontal), и главных визуальных регионах (bilateral occipital).

Воздействие rTMS, как и предполагалось, существенно угнетало работу зоны, но сканирование показало, что другие зоны мозга мгновенно начали подключаться к выполнению этой, не свойственной им, функции. Причем выполняли это так успешно, что не приводило к значимому ухудшению понимания предложений.

Компенсирующую роль на себя принимали следующие зоны:

  • Контралатеральные, зеркально расположенные в другом полушарии;
  • Соседние зоны в непосредственном окружении поврежденной;
  • Фронтальный исполнительный регион.

Предположительно, именно фронтальный регион принимает на себя главную управляющую и вычислительную роль в распределении задач по выполнению функций вышедшего из сторя региона.

Выведение из строя одного региона приводит к нарушению других функций, поскольку для мышления и понимания мы используем сеть регионов, и, соответственно, это нарушает весь процесс. Если бы не компенсация от других зон, мы видели бы катастрофические последствия даже самых банальных сотрясений мозга. После окончания воздействия TMS, активность зоны Вернике вернулась в исходное, но некоторое время запасные регионы продолжали работать. Это приводило даже к улучшению работы мозга по выполнению задач – ведь он использовал больше регионов для того, с чем обычно справлялся ранее.

Эта автономная (независимая от нашего сознания) способность мозга самоорганизовываться в ответ на изменяющиеся обстоятельства, является, по-видимому, основой для гибкого интеллекта.

Исследование дает более глубокое понимание нейропластичности мозга и уверенность в том, что когнитивные тренировки мозга могут сыграть неоценимую роль в случае травмы головы или инсульта. Секрет заключается в развитии альтернативных методов мышления. Предыдущие исследования (Prat & Just, 2011) показали большую адаптивность у людей с хорошими навыками чтения и высокой емкостью рабочей памяти. В условиях снижения работоспособности региона мозга, их мозг способен лучше адаптироваться к изменениям, рекрутируя компенсирующие регионы, в сравнении с людьми с низкоемкой рабочей памятью.  На мой взгляд, еще один повод начать заниматься брейнфитнесом.

Mason, R. A., Prat, C. S., & Just, M. A. (2013). Neurocognitive brain response to transient impairment of Wernicke’s area. Cerebral Cortex. DOI: 10.1093/cercor/bhs423.

Prat, C. S., & Just, M. A. (2011). Exploring the neural dynamics underpinning individual differences in sentence comprehension. Cerebral Cortex. 21:1747–1760.

Изображение в начале статьи: Oliver Burston, 2005, Wellcome Images.


Как мозг отличает пианиста от педагога

плоская модель корковой поверхности мозгаЛюди могут, не задумываясь, называть тысячи различных объектов и действий, по мере их появления, например, на видео. Эти объекты и действия разбиты по категориям, и загадка заключается в том, как мы эти категории представляем себе. Очевидно, что мы не можем иметь для каждого объекта свой регион мозга, учитывая ограниченный размер мозга. Недавнее исследование (Huth et al., 2012) поставило своей целью понять и систематически представить семантическая карту (карта представлений об объектах и их принадлежности к различным категориям) физически на коре головного мозга. Исследование использовало fMRI, ученые показывали участникам фильмы с множеством объектов, а затем анализировали ответные реакции мозга, используя ряд сложных анализов.
Вот как объясняет исследование один из авторов:

Больше подробностей тут.

Вот как выглядел дизайн исследования:

экспериментальный дизайнИсследование, и модель, которая родилась в результате, разумеется, не претендует на то, чтобы поставить финальную точку в понимании этих сложнейших вопросов. Многие находки прямо противоречат результатам предыдущих исследований. Тем не менее, вот к каким выводам пришли исследователи:

  • Семантически карты, вроде WordNet, которые использовали исследователи, возможно, не совсем верно отражают «реальное» состояние дел. Или наоборот, полученная модель не всегда стыкуется с WordNet. Так, например, обнаружены большие дистанции на карте между персоной, человеком и атлетом. Наш мозг легко отличает спортсмена от хирурга, но карта начинает путаться в этом различии.

семантическая картаСемантическая карта (кликабельна)

  • Существуют пересечение визуальных и концептуальных категории – так, например, всё, имеющее волосы, может быть хорошим визуальным категоризатором, но не различит человека и мох, концептуально различными как объекты. Мозг справляется с этим прекрасно, но как – остается непонятным, даже несмотря на предположение, что он использует несколько категорий сразу – например, категории анимации, мобильности, способности говорить и так далее.
  • Модель хорошо различает категории искусственных объектов и структур, например, мост, машина, мебель, здание от естественных, или категории социальные – комнаты, люди, глаголы, связанные с общением.
  • Регионы пересекаются, потому что, например, здание является также неподвижным объектом, в который входят и небо, и растение.
  • Модель отличает неподвижные объекты от мобильных, но не может провести различия между старым лицом и молодым лицом, или между большими объектами и малыми объектами.

Вы можете и сами поиграться с программой и посмотреть, как мозг категоризирует мир (там и можно узнать, чем отличается пианист от педагога):семантическая карта мозга

http://gallantlab.org/semanticmovies

Я не претендую на полное понимание этого исследования, которое меня заинтересовало, в первую очередь тем, каким образом близлежащие (физически или семантически) концептуальные категории могут влиять друг на друга. Например, почему качели меняют наше поведение иначе, чем гольф.

Вообще, это хорошая иллюстрация парадокса, как наш мозг, отлично справляющийся с невероятными задачами, делает что-то запросто, а мы, люди, имеющие этот самый мозг, до сих пор не можем понять, как он это делает.

Huth, A. G., Nishimoto, S., Vu, A. T., & Gallant, J. L. (2012). A continuous semantic space describes the representation of thousands of object and action categories across the human brain. Neuron, 76(6), 1210-1224.


Диетическая кола меняет мозг

Голова правого хвостатого ядраНедавнее исследование (Green & Murphy, 2012) проверяло, как влияют газированные напитки на когнитивные функции мозга. Было отобрано 24 человека, не отличающихся по основным параметрам, кроме одного: 12 человек употребляли как минимум один напиток диетической колы в день, другие 12 человек такие напитки не пили. Предварительно поголодав 12 часов до процедуры, участники сканировались функциональным томографом (fMRI). Им давали сладкие напитки, с искусственным подсластителем и с сахаром, а ученые смотрели, как мозг на них реагирует.

Те, кто пил диетическую колу показали пониженную активацию в голове хвостатого ядра (caudate head)мозга. И чем больше потребление таких напитков, тем ниже активация (смотрите график ниже). Этот регион включен в передачу сигналов вознаграждения и контроля потребления еды. Его пониженная активация вводит в заблуждение нормальные процессы насыщения от еды: сладость дает сигнал вознаграждения, но не дает калорий, и обучает мозг меньше реагировать на сладости. Это не позволяет мозгу ограничивать себя в сладком и меняет поведение – люди начинают потреблять больше калорий.

Снижение активации головы хвостатого ядра в зависимости от потребления диетических напитковНа картинке ниже (кликабельной) показана активация мозга на сахар и сахарин. Красным цветом – активация только у потребителей диетической соды, желтый – активация только у потребителей соды с сахаром, зеленый – активация у обеих групп.Активация регионов мозгав ответ на сахар и сахаринЭто исследование – предварительное, и пока нельзя категорично сказать о роли диетических напитков в ожирении, хотя связь прослеживается.

Green, E., & Murphy, C. (2012). Altered processing of sweet taste in the brain of diet soda drinkers. Physiology & Behavior. Available online 11 May 2012. doi: 10.1016/j.physbeh.2012.05.006.


Немного новостей нейромаркетинга

Дизайн бутылка гель-душа Axe компании UnileverКомпания, занимающаяся нейромаркетинговыми исследованиями, AdSam, находящаяся в Гейнсвилле, штат Флорида, объявила о получении патента США на метод идентификации специфических регионов, используя  функциональный магнитный томограф (fMRI), позволяющий измерять «притягательность» какого-то объекта для человека и «вовлеченность» в процесс взаимодействия с таким объектом. Эти регионы включают в себя височные и фронтальные извилины (News Brief, 2012). Очевидно, что преследует это коммерческие и репутационные интересы компании, потому что утверждать, что они открыли место в мозге и метод наблюдения за ним, где рождаются «вовлеченность» и «притягательность», конечно, нельзя.

Неплохая статья в Wall Street Journal (Glazer, 2012). Опять же, говорится о том, что нейромаркетинг – не какой-то модный тренд в маркетинге, а коммерческая необходимость. Фокусные группы не могут дать надежной информации, из-за пропасти между тем, что люди говорят, они собираются делать и тем, что они на самом деле делают. В статье – немного о дизайне упаковки гель-душа Axe компании Unilever. На картинке слева – вверху оригинальный дизайн. По результатам исследований, с помощью ай-тракига (eye-tracking), компания остановила свой выбор на нижнем варианте. Сразу после запуска, один ритейлер рапортовал о росте продаж.

News Brief (2012). Neuro researcher gets patent for imaging ‘appeal’, ‘engagement’ in brain. Media Daily News, 7 July 2012. Ссылка.

Glazer, E. (2012).The eyes have it: Marketers now track shoppers’ retinas. The Wall Street Journal, July 12, 2012. Ссылка.


Нейромаркетинг для образования

Q sensor от AffectivaMelinda & Bill Gates Foundation  в ноябре 2011 одобрило  выдачу гранта размером в 498,055 долларов Университету Клемсон (Clemson University),  в городе Клемсон, штат Южная Каролина, США.

Цель гранта – провести пилотное исследование вовлечения студентов в процесс обучения посредством измерения гальванического сопротивления кожи (Galvanic Skin Response, GSR). Исследование должно показать возможность использования таких приборов (в виде наручного браслета) в ходе обычных классных занятий в учебных заведениях.

Еще 621,265 долларов пошло  Национальному центру времени и обучения (National Center on Time and Learning), в Бостоне, штат Массачусетс, также на измерения с помощью GSR и функционального томографа, чтобы понять корреляцию между результатами измерений этими методами и выстроить шкалу различных степеней вовлеченности студента в учебный процесс.

Этот проект зародился в ходе похожего исследования со студентами с аутизмом, которое обнаружило, что они могут быть вовлечены в процесс обучения, хотя  внешне это может не замечаться учителями (Strauss, 2012). Результаты исследований появятся, предположительно, в июне 2013 года.

Q sensor braceletИзмерения гальванического сопротивления кожи – самый, вероятно, простейший и неинвазивный метод измерения состояния человека в различных дисциплинах, в том числе, в нейромаркетинге. Сопротивление кожи показывает уровень физиологического и психологического возбуждения. Фактически метод измеряет электрическое сопротивление кожи в зависимости от влажности, а стресс и возбуждение повышает потливость кожи. Потовые железы управляются симпатическим отделом автономной нервной системы, то есть, по определению, не зависят от нашего сознательного контроля.

На картинках пример: Q Sensor фирмы Affectiva стоимостью $2,000  (он дополнительно имеет трехмерный акселерометр и датчик температуры кожи), который еще и передает «эмоциональное состояние» в твиттер пользователя.

Strauss, V. (2012). Gates changes Galvanic bracelet grant description. The Washington Post. 12 June 2012.