Слабые сигналы мозга предсказывают поведение точнее, чем сильные — новое исследование переворачивает нейробиологию

На протяжении многих лет нейробиологи, изучающие мозг с помощью методов визуализации, делали одно и то же. Они отбирали самые сильные сигналы — примерно десять процентов от всего объёма данных. Остальные девяносто процентов отправлялись в корзину как «шум», не несущий полезной информации. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Human Behavior, утверждает, что эта стратегия могла показывать лишь вершину айсберга.

Отброшенные связи, как выяснилось, предсказывают поведение человека с такой же — а иногда и с большей — точностью, чем самые сильные сигналы.

Как устроен эксперимент

Исследователи под руководством Брендана Адкисона из Йельской школы медицины проанализировали данные более двенадцати тысяч участников из четырёх крупных американских баз данных. Для каждого человека они рассчитали силу связи между активностью определённых зон мозга и тем поведенческим показателем, который хотели предсказать.

Затем все связи были ранжированы от самых сильных до самых слабых и разделены на десять непересекающихся групп. Первая группа содержала верхние десять процентов связей — те самые, которые учёные обычно выбирают для анализа. Группы со второй по десятую содержали остальные девяносто процентов связей — те, которые традиционно считались шумом.

После этого исследователи построили десять моделей предсказания — по одной для каждой группы.

Результат, который удивил учёных

Связи из групп со второй по девятую — то есть те, которые обычно отбрасываются, — стабильно показывали точность предсказания, сравнимую с точностью верхних десяти процентов. В некоторых случаях модели, построенные на более слабых связях, работали даже лучше, чем модели, обученные на самых сильных сигналах.

«К нашему удивлению, даже когда мы полностью исключили сети, на которые учёные обычно полагаются для предсказания поведения, мы всё равно достигли почти той же точности, используя всё то, что обычно остаётся за бортом», — говорит Адкисон.

Почему сильные сигналы не всегда лучшие

Исследователи предлагают переосмыслить само понятие «силы» сигнала. Высокая статистическая мощность не обязательно означает высокую биологическую значимость. Слабый сигнал может быть не менее важен для понимания работы мозга.

Более того, исследование показало, что существует множество различных, непересекающихся сетей, способных предсказывать одно и то же поведение. Мозг обладает избыточностью. Он может достигать одного и того же результата разными путями.

Что это значит для психиатрии

Это открытие имеет прямое значение для лечения психических расстройств. При депрессии, например, разные люди могут полагаться на совершенно разные нейронные пути, ведущие к одному и тому же поведенческому исходу.

Если несколько различных цепей могут предсказывать болезнь, то и лечение не должно ограничиваться только «самыми сильными» сетями. Те сети, которые традиционно игнорировались, могут быть ключевыми для определённых групп пациентов.

Это может объяснить, почему некоторые люди не реагируют на существующие методы лечения, которые работают у других. Их мозг просто использует другую «схему» — ту самую, которую исследователи раньше отбрасывали как шум.

Не отбрасывать, а включать

Авторы исследования призывают изменить подход к анализу нейровизуализационных данных. Вместо того чтобы упрощать мозг, отбирая только самые громкие сигналы, учёные должны учитывать всю его сложность. «Шум» сегодняшнего дня может стать основой для персонализированной медицины завтрашнего.

«Многие исследования, которые полагаются на методы отбора признаков — упрощающие мозг до узкого среза, — могут раскрывать лишь малую часть истинной нейробиологии, лежащей в основе того или иного поведения, — говорит Адкисон. — Наше исследование показывает, что существует множество непересекающихся сетей, способных предсказывать данное поведение с равным успехом».

Вопрос, который остаётся без ответа, заключается в том, как именно распределена предсказательная информация по этим слабым связям. Является ли их вклад независимым или они работают в сложной комбинации, которую ещё предстоит расшифровать? И если разные люди используют разные нейронные пути для одного и того же поведения, означает ли это, что персонализированная медицина в психиатрии должна начинаться не с диагностики симптомов, а с картирования индивидуальной «схемы» мозга каждого пациента? Тихие голоса, которые прежде игнорировались, наконец заговорили. И теперь нейробиологам предстоит научиться их слушать.