長達18英寸的大西洋鮭魚完全靜止不動。情感圖片 - 一個剛從翻筋斗中的勝利的年輕女孩，一個剛剛放下盤子的苦惱的服務員 - 當科學家們大聲閱讀標準教學腳本時，在魚麵前閃爍。笨拙的機器在評估圖像時彎曲和呼嘯而過，捕獲了鮭魚大腦的微小變化。數以百萬計的數據點捕獲了大腦活動中的波動流入了一台功能強大的計算機，該計算機執行了艱苦的數字崩潰，整理了要注意的數據以及要忽略的數據。
到實驗結束時，神經科學家克雷格·貝內特（Craig Bennett）和他在達特茅斯學院（Dartmouth College）的同事可以在鮭魚大腦的掃描中清楚地辨別出一個美麗，紅色的活動區域，在情感場景中發光。
對人類情緒做出反應的大西洋鮭魚本來是一個驚人的發現，可以保證在頂級期刊上發表和研究人員的科學榮耀生活。除了一件事。魚死了。
鮭魚上使用的掃描技術（稱為功能磁共振成像）使科學家能夠查看工作大腦的內部，大概是閱讀了幾乎是大腦所做的一切的潮起潮落和活動。在過去的二十年中，fMRI改變了神經科學，從而實現了研究人員曾經夢dream以求的實驗。有了fMRI，科學家聲稱發現大腦區域負責音樂能力，Schadenfreude，，，，可口可樂或百事可樂偏好，公平甚至網球技巧，以及許多其他高度宣傳的結論。
但是許多科學家們說，在名牌流行的迅速增長期間，嚴重的問題被忽略了。從功能磁共振成像實驗中得出結論，需要依靠假設鏈的複雜分析。當受到批判性審查時，從此類分析和許多假設的推論並不總是成立的。因此，一些專家稱，fMRI研究中聲稱的許多結果根本是錯誤的。
MIT的Neuroscientist Nancy Kanwisher說：“這是我們領域的一個骯髒的小秘密，許多已發表的發現不太可能複制。”
使用統計檢查對鮭魚的驗屍大腦進行重新分析，以防止隨機結果意外顯著，完全沒有炙手可熱的地區，現在是加利福尼亞大學聖塔芭芭拉大學的貝內特，同事在提交給的論文中報告人腦映射。換句話說，整個大腦就像一條死魚一樣冷。
在功能磁共振成像研究中，不太戲劇性的研究還呼籲關注有缺陷的統計方法。實際上，一些這樣的方法實際上保證了研究人員似乎可以準確地找到他們在fMRI數據糾纏中所尋找的東西。其他新的研究提出了有關fMRI最基本假設之一的問題 - 血流是神經活動增加的跡象。至少在某些情況下，血流與神經作用之間的聯繫似乎不存在。還有其他論文指出，在解釋活躍的大腦區域與情緒或任務之間複雜的神秘關係時，對隱秘陷阱的關注不足。
毫無疑問：fMRI是一種強大的工具，允許神經科學家闡明一些大腦的最深秘密。德克薩斯大學奧斯汀分校的拉塞爾·帕爾德拉克（Russell Poldrack）說，“為您提供了一個不同的窗口，即我們在大腦中如何工作。”
但是，像任何強大的工具一樣，fMRI必須謹慎使用。坎威什說：“所有方法都有缺點 - 他們支持的結論和不支持的結論。” “神經影像也不例外。”
大膽的假設
FMRI機器使用強大的磁鐵，無線電發射器和探測器來凝視大腦。首先，強磁體在體內與磁場對齊。接下來，無線電脈衝將質子從該對齊中敲出。然後，檢測器測量質子恢復並發出明顯的能量所需的時間。這種能量特徵充當信標，揭示了在特定分子中融合的質子的位置。
fMRI旨在告訴研究人員哪些大腦區域是活躍的 - 神經細胞與電信號相處的區域。科學家已經聞名了很長時間，如何用電極記錄這些電氣公報，這些電流可以坐在頭皮上或植入腦組織。然而，顱骨外部的電極不能精確地查找大腦內部深處的活動區域，並且在大腦中植入電極會帶來風險。另一方面，fMRI提供了一種非感染方法來測量神經元活動的方法，只需要一段時間的大管躺在大管中而需要的主題。
但是fMRI實際上並未測量電信號。取而代之的是，最常見的fMRI方法是大膽（對於血氧水平依賴性），依賴於氧化血的微小變化作為腦活動的代理。假設是，當神經元努力工作時，它們需要更多的能量，並通過新鮮的，富含氧氣的血液帶給他們。含氧血紅蛋白分子中的質子在血液中攪動，對磁場的反應與耗血的血液中的質子不同。檢測這些不同的特徵使研究人員可以跟踪含氧血液以跟踪大腦活動。
“仍然有一些謎，”貝內特說。 “關於神經活動與我們在fMRI中測量的大膽信號之間的耦合，我們仍然不了解一些事情。”
研究人員使用BOLD，因為它是功能磁共振成像提供的神經活動的最佳近似。在大多數情況下，它有效。但是一月份發表的一項研究自然報導說，血流與神經活動之間的聯繫並不總是那麼清楚。哥倫比亞大學的Aniruddha Das和Yevgeniy Sirotin在他們的實驗中發現，在猴子中，大腦中的一些血液變化與局部神經元的射擊無關。
DAS和Sirotin使用電極同時和位置與猴子的血流同時和位置測量，這些猴子正在研究出現和消失的點。正如預期的那樣，當視力神經元檢測到點並發射時，血液湧入了仔細檢查的大腦區域。但令人驚訝的是，有時DOT從未出現並且神經元保持沉默時，研究人員還看到了血流的巨大變化。研究人員發現，當猴子預見點時，這種無提示的血流變化發生。血流與神經發射之間的不完善相關性會混淆大膽的信號並混淆有關大腦活動的結論。
群眾行動
另一個功能磁共振成像的困難是由於其頂級量表的視圖引起的。預測fMRI的單個神經元的活動就像試圖說出地面上的螞蟻是從華盛頓紀念碑頂部爬行的，而沒有雙筒望遠鏡。由BOLD FMRI測量的最小單個單元（稱為Voxel）通常在兩側幾毫米，使單個神經元的大小相形見war。每個體素（一個體積和像素的混搭）容納約550萬個神經元，計算了德國蒂賓根的Max Planck生物控制論研究所的Nikos Logothetis。假設體素中的數百萬個神經元的表現相同，就像假設國家購物中心上的每一個螞蟻在中午向北爬行。
“ fMRI是衡量大規模行動的量度，” Logothetis說。 “您幾乎必須成為專業的白痴才能認為您對神經機制說了深刻的想法。您距離解釋發生了什麼，但是您有一個不錯的框架，一個很好的起點。”他說，大膽的信號可能反映了許多不同的事件。例如，一些神經元發送信號，以阻止其他神經元觸發，因此這些衰減神經元的活性實際上可能導致神經元活性的總體下降。
坎威什（Kanwisher）指出，諸如fMRI紙張頭銜的中流階段諸如“活動”和“響應”之類的詞是故意模糊的。她說，從這種放大的視圖中固定細節是不可能的。她說：“那裡的神經元到底在做什麼？一個抑制另一個神經元嗎？有動作潛力嗎？有突觸活動嗎？好吧，我們不知道。” “很高興知道神經元在做什麼，但我們不使用這種方法。這就是生活。”
無意中的惡作劇
測量了大膽的信號並從機器中釋放出患者後，研究人員必須對死魚的紅熱體素進行分類。處理這些巨大數據集的統計數據是如此復雜，以至於一些研究人員將分析外包給專業人數緊縮器。選擇標準以捕捉真實和信息豐富的大腦變化，並防止虛假結果，是fMRI實驗中最重要的部分之一，也是最不透明的部分之一。
加利福尼亞大學聖地亞哥分校的心理學家哈爾·帕什勒（Hal Pashler）說：“這很複雜，這是數據分析。” “這為無意的惡作劇創造了巨大的機會。”
與死鮭魚一樣，使數百萬美元（通常數十億美元）進行比較可以使數字偏向足以使隨機波動看起來很有趣。貝內特說，鮭魚研究的重點是指出沒有適當檢查的情況下獲得虛假結果的容易。
Bennett及其同事寫了一篇社論，出現在社會認知和情感神經科學這就提出了強有力的措施來防止虛假警報。另一個小組採取了對立的立場，認為這些保護措施不應該那麼強烈，以至於拋棄了真正的結果，就像一個具有統計浴缸的重要嬰兒一樣。
fMRI分析的最混亂的方面之一是選擇要仔細檢查的大腦部分。一些研究通過事先選擇定義的解剖區域來解決此問題。但是，研究人員通常不知道要關注的地方，而是依靠統計數據來告訴他們整個大腦中的哪個體素值得一視同仁。
在最初的題為“社會神經科學中的伏都教相關”的論文中心理科學觀點，麻省理工學院，Pashler及其同事的愛德華·瓦爾（Edward vul）提出了28張FMRI論文（分析了53份），以實施“非獨立”的統計罪。在非獨立分析中，所討論的假設不是無辜的旁觀者，而是實際上會扭曲實驗的結果。換句話說，答案受到如何提出問題的影響。
當研究人員用一組標准定義有趣的體素時，就會發生此錯誤的一個版本 - 例如，當一個人害怕時顯示出很大變化的人 - 然後使用相同的素體來測試體素和恐懼之間的鏈接強度。毫不奇怪，相關性將很大。 Vul說：“如果您有很多可以選擇的體素，並且選擇最大的體素，它們會很大。”
在五月的論文中自然神經科學，英格蘭劍橋醫學研究委員會的尼古拉斯·克里格斯科特（Nikolaus Kriegeskorte）和同事稱非獨立問題為“美化”結果的錯誤。 Kriegeskorte說：“這往往會以真正的數據代表為代價來清理內容。”
挖掘2008年發表的fMRI論文的方法部分自然，科學，自然神經科學，神經元和神經科學雜誌克里格斯科特（Kriegeskorte）及其論文報告說，有42％的非獨立錯誤在42％中。作者“進行非常複雜的分析，他們沒有意識到他們實際上在邏輯上走了很大的圈子，” Kriegeskorte說。
坎維什（Kanwisher）只是與vul有關非獨立錯誤的書籍章節說，他說研究人員可能會過分依靠“幻想”數學。她說：“統計數據應支持常識。” “如果數學如此復雜，以至於您不了解它，那就做其他事情。”
盲目學的問題
一個特別討厭一些研究人員的問題與fMRI中的統計混雜因素無關，而與腦部圖像中的紅熱斑點的含義無關。僅僅因為對特定感覺很重要的大腦區域活躍並不意味著一個人必須感覺到這種感覺。這就像結論是一個哭泣的嬰兒必須餓。沒錯，一個飢餓的嬰兒確實哭了，但是一個哭泣的嬰兒可能會疲倦，發燒，害怕或濕潤，同時又餵飽了。
同樣，研究發現，當一個人判斷公平性時，稱為島的大腦結構是活躍的。但是，如果掃描表明島嶼要活躍，則該人不一定要考慮公平。研究發現，島嶼還可以響應疼痛，口味，互感意識，言語和記憶。
在大多數情況下，大腦不依賴直接的關係，而大腦的特定部分負責一個任務，這使得這些反向推斷有風險，Poldrack指出。
他說：“研究人員經常認為大腦領域和心理功能之間存在一對一的關係。” “但是我們實際上不知道這是否是真的，有很多理由認為不是。”他說，從單個大腦區域的活動中推斷出複雜的人類情緒並不是應該隨意地做的事情。
有時，只要謹慎完成反向推斷，就必須進行反向推斷。坎威什說：“說X的大腦區域沒有錯。” “建立這一點只需要很多年。與所有其他結果一樣，您確定了它，如果有人提出了反對它的新數據，它仍然會崩潰。”
加利福尼亞大學，洛杉磯和同事的Marco Iacoboni吸引了神經科學家的熱量紐約時報在2007年11月，該團隊聲稱自己確定了未定選民的情緒狀態，因為他們被贈送了候選人的照片。例如，研究人員得出的結論是，前扣帶回皮層的活動意味著受試者“與克林頓夫人喜歡未經認可的衝動作鬥爭”。 Poldrack和其他16位神經科學家迅速撰寫了自己的社論，稱原始文章的說法太過分了。
Iacoboni反駁說，反向推論在研究中具有寶貴的位置，只要讀者意識到這是一種概率措施。他說：“對我而言，幾乎必須進行一些反向推斷。”
仔細的語言和限制性結論可能會解決圍繞功能磁共振成像解釋的一些問題，但flmri的噪音更為嚴重。偽裝成真正的結果的隨機波動是陰險的，但是將它們沖洗掉的最佳方法很簡單：再次進行實驗，看看結果是否成立。 Kanwisher說，這種內置的現實檢查是耗時且昂貴的，但這是針對虛假結果的最好的防守路線。
4月15日發表的一篇論文神經圖像清楚地說明了一次性實驗的危險。在FMRI實驗中，聖路易斯華盛頓大學的布拉德利·施拉格加（Bradley Schlaggar）在語言任務中發現了男女13個大腦區域的差異。為了了解這些結果的穩健性，研究人員拼命了各組，以創造男性和女人的隨機組合。研究人員認為，這些混合組之間發現的任何差異都可以歸結為噪聲或未知因素。該小組發現了炒群體之間的14個“重要”區域，破壞了原始發現並使實驗無法解釋。
施拉格加說：“本文的結果確實是一個警示性的。” “在某個統計閾值中找到一些群體差異很容易且普遍。因此，繼續進行研究。”
在許多方面，fMRI贏得了一種強大的神經科學工具的聲譽。在有能力的，周到的研究人員的實驗室中，可以克服騙局的挑戰，例外和假設。它解碼人腦的承諾是真實的。 fMRI“是現代科學的巨大成功故事，我認為從歷史上看，它肯定會被視為那樣，” Kriegeskorte說。 “絕大多數是非常非常積極的事情。”
但是，fMRI的讚美應該伴隨著警告的合唱。 fMRI無法閱讀思維，也不是偽造的新生兒學，正如Logothetis指出的那樣自然在2008年。相反，fMRI的真正能力落在這些極端之間。最終，了解神經影像的局限性，而不是忽略它們，可能會推動科學家對大腦的更深入了解。
