Hur man inte gör personlighet neurovetenskap: hjärnstruktur och de stora fem

En av de konstigaste sakerna för mig neuroscience är den frekvens som neurovetenskapsmän kritiserar varandra. Den upprörelse som följde 2009 publiceringen av Vul et al. "Fantastiskt höga korrelationer i fMRI-studier av känslor, personlighet och sociala kognition", a.k." Voodoo-korrelationer i social neurovetenskap, "illustrerar problemet. (Se t.ex. http://www.nature.com/news/2009/090113/full/457245a.html för en kort redogörelse för dammuppsamlingen.) Kommer till neurovetenskap från fält där direkt (och ibland ganska trenchant) kritik är grundläggande för framsteg, graden av brott som orsakats av denna artikel - som verkar göra en sund metodisk kritik, om än i en ganska flamboyant sätt - var svårt att fatta, och antyder att det finns en uppsättning sociala normer ganska specifika för neurovetenskapen gemenskap. Det väcker också frågan: Om gemenskapen sällan driver framsteg med kritik, vilken mekanism gör använder det? De neurovetenskapsmän som jag har pratat med säger att dåliga artiklar (och dåliga idéer mer generellt) inte behöver kritiseras (vilket är oförskämt), eftersom de helt enkelt kommer att försvinna när ingen citerar dem. Detta är intressant på många nivåer, inte minst på grund av den grad av tro som det innebär i enhälligheten av utvärderingen efter publiceringen (som på något sätt inte lyckades uppnås under peer review). Det finns ett trevligt ämne där för en blivande vetenskapssociolog.

Men eftersom jag är det inte en vetenskaps sociolog, varför tar jag upp detta? Eftersom 2010 års publikation av DeYoung et al. "Testa förutsägelser från personlighetsneurvetenskap: Hjärnstruktur och stor femma" (http://www.tc.umn.edu/~cdeyoung/Pubs/DeYoung_2010_Big_Five_brain_structure_PS.pdf ) markerade början på mitt mycket lilla personliga test av effektiviteten av "bara låt det dö" neurovetenskap utan kritik för dåliga idéer. Drygt ett år och 46 citat i många framstående tidskrifter senare tror jag att vi säkert kan säga att resultaten är i. Det är dags att vara kritisk.

Studien är, som de uttrycker det, ett försök att "stödja vår biologiskt baserade, förklarande modell av Big Five och visa potential för personlighetsneurvetenskap (dvs. den systematiska studien av individuella skillnader i personlighet med hjälp av neurovetenskapsmetoder) som en disciplin. "The Big Five representerar, som du förmodligen vet, ett framstående försök att kvantifiera individuella skillnader med fem faktorer: Extraversion, neuroticism, behag, Öppenhet/ Intellekt och samvetsgrannhet. Författarna analyserade de centrala egenskaperna som definierade var och en av dessa fem faktorer och antog den individuella variationen i var och en skulle återspeglas i den anatomiska volymen av hjärnregioner som har associerats med samma eller liknande egenskaper. Här är ett representativt stycke i deras analys:

"Samvetsgrannhet verkar återspegla förmågan och tendensen för individer att hämma eller begränsa impulser för att följa regler eller följa nonimmediate mål. Denna egenskap är kopplad till både akademisk och yrkesmässig framgång, liksom till beteende som främjar hälsa och livslängd (Ozer & Benet-Martinez, 2006). Samvetsgrannhet kännetecknas av drag som flit, ordning och självdisciplin, i motsats till impulsivitet, distraherbarhet och disorganisering. Samvetsgrannhet kommer sannolikt att förknippas med funktioner i PFC, som tros vara ansvarig för mycket av den mänskliga förmågan att planera och följa komplexa regler (Bunge & Zelazo, 2006; Miller & Cohen, 2001). Funktionella neuroimaging-studier har kopplat dragimpulsivitet till både rygg- och ventralregioner i laterala PFC (Asahi, Okamato, Akado, Yamawaki, & Yokota, 2004; Brown, Manuck, Flory & Hariri, 2006). Vi ansåg därför att samvetsgrannhet skulle vara förknippad med strukturell variation i lateral PFC. " 821)

För att testa dessa hypoteser gav författarna deltagarna en vanlig personlighetsinventarier och utförde sedan en strukturell MR-undersökning av sina hjärnor. De valde sedan ett referensämne som var nära gruppgenomsnittet på de olika personlighetsåtgärderna och jämförde andras hjärna med referensen. Denna procedur är något som att systematiskt pressa en ballong på olika platser tills den matchar storleken och formen på en annan liknande men något annorlunda ballong. Vissa regioner i ballongen - och av deltagarnas hjärnor - måste dras ihop och vissa utvidgas för att få formerna att matcha. Dessa regionala utvidgningar och sammandragningar är källan till uppgifterna som avgör vilka regioner som var större och vilka mindre, och graden av dessa volymskillnader korrelerades sedan med graden av skillnad på personligheten åtgärder.

I överensstämmelse med deras hypoteser hittade författarna verkligen regioner som korrelerade med fyra av de fem personlighetsfaktorerna: "Extraversion, neurotism, agreeableness och samvetsgrannhet. Extraversion samordnad med volym medial orbitofrontal cortex, en hjärnregion som är involverad i bearbetning av belöningsinformation. Neurotism samvar med volym hjärnregioner associerade med hot, bestraffningoch negativ påverkan. Agreeableness covaried med volym i regioner som bearbetar information om andra individers avsikter och mentala tillstånd. Samvetsgrannhet med volym i laterala prefrontala cortex, en region involverad i planering och frivillig kontroll av beteende. "

Så vad är fel med det här? Bör vi inte låta uppgifterna tala för sig själva här och dra slutsatsen att författarna verkligen har tagit "ett viktigt steg mot integration av individuella skillnader forskning inom psykologi och neurovetenskap? "Nej, eftersom data aldrig talar för sig själva. De placeras alltid i en tolkande ram, och när den ramen är otillräcklig kan ingen tolkning vara giltig. Det vill säga, utan tillräckligt tolkande ramverk, kan vi inte veta innebörden av ens det mest statistiskt och metodiskt ljudfynd. Det verkar vara fallet här.

Det är värt att först och främst notera att författarna bokstavligen har återanvänt den frenologiska ramen där en större lokal hjärnregion betecknar mer lokal nervkraft och mer resurser som ägnas åt vad det är som regionen kontroller. En rimlig idé som kan ha varit när hjärnan förstås analogt med muskler, det finns liten god anledning att återupprätta denna ram nu.

Även om författarna naturligtvis inte gör anslutningen till Phrenology med namn, antar de uttryckligen det större antagandet: "En större volym än genomsnittet för en specifik hjärna struktur kan betyda makt mer än genomsnittet för att utföra specifika funktioner associerade med den strukturen, under antagandet att större populationer av neuroner kan producera större utgångar och kan därför vara mer inflytelserika än mindre populationer av nervceller. "(s.822) Och det är precis där problemet börjar, för det finns lite goda bevis för detta antagande.

Först, även om det är sant ceteris paribus att ett större område i hjärnan kommer att innehålla fler nervceller än ett mindre område, det finns många faktorer som komplicerar denna allmänna regel. Gråmaterialtätheten varierar över hjärnan och förändras dessutom med olika hastigheter i olika områden i olika stadier av livslängdsutvecklingen, så olika storlekar i regionen kan faktiskt innehålla samma antal neuroner vid ett givet ögonblick och olika antal vid någon annan tidpunkt. (Dessutom påverkar de olika typerna av neuroner, och de olika stilarna i neurala skikt, lokal täthet.)

För det andra, även om det verkar rimligt att anta att fler nervceller innebär större processorkraft, är relationen mellan funktion och struktur mer subtil än så. Även om funktionen kan förfinas genom neurogenes och lägga till fler neuroner, kan den också förfinas både genom att tillsätta och genom att beskära neurala anslutningar till befintliga neuroner. Beroende på vilken funktion som ska utföras kan det vara fördelaktigt att öka populationen eller tätheten av nervceller eller det kan vara skadligt. Det finns verkligen ingen enda bra allmän regel här.

För det tredje, även om en region innehåller fler neuroner på grund av dess storlek hos en viss individ, betyder detta inte att detta individ använder fler neuroner för att utföra de funktioner som har associerats med den regionen i studier som analyserar gruppen medelvärden. En individ med mer neurala resurser i ett visst område kan använda "överskottet" för olika ändamål; utan bra funktionella studier av dessa individer är det omöjligt att veta.

Fjärde, även om en person är att ägna fler neuroner till en given uppgift, innebär detta inte att dessa neuroner kommer att vara mer "inflytelserika" i den individs hjärna (och därmed ha ett större inflytande på beteende). Hur "inflytelserik" en given neuralpopulation är beror mycket mer på detaljerna i deras synkroni och anslutningsförhållanden - till exempel förhållandet mellan inter-till-kluster-anslutningar. Dessutom kan en individ ägna mer resurser åt ett problem när det är relativt svårare, vilket indikerar relativ svaghet snarare än relativ styrka. Det finns antydande bevis i litteraturen som visar komplexiteten i denna ekvation. Londons taxichaufförer verkar ha en större volym grått material i en viss del av deras hippocampus (jämfört till exempel med London bussförare). Å andra sidan finns det en stor mängd litteratur som antyder att experter ofta ägnar sig åt färre neurala resurser till problem än nybörjare gör.

Generellt sett finns det inte mycket bra bevis för en övergripande storlek = maktekvation. Och även om författarna citerar stödjande bevis för perspektivet verkar de ha missförstått vad bevisen visar. Till exempel citerar de en studie som visade ökad grå substans densitet (baserat på Voxel-för-Voxel-jämförelser i mängden gråmaterial som finns) hos äldre efter att ha lärt sig att jonglera; men den här studien gör det inte visa förändringar i regional volym. På liknande sätt citerar de en studie som visar en positiv korrelation mellan total hjärnvolym och IQ. Men ingenting om den studien stöder idén att lokala anatomiska skillnader korrelerar med specifika beteendemässiga och funktionella skillnader. (Dessutom sedan tidigt barndomnäring korrelerar positivt med kroppslig tillväxt, med ökad SES, med ökad tillgång till utbildningsmöjligheter etc., den allmänna korrelationen mellan hjärnvolym och prestanda på IQ-test är inte så överraskande - men av skäl som inte har något att göra med de hypoteser som övervägs här).

Tyvärr är det inte bara det frenologiska strukturell hypotesen om att storlek = kraft som är felaktig; den frenologiska funktionell antagande att region = funktion är lika bristfällig. Tänk på följande avsnitt från diskussionsavsnittet: "Samvetsgrannhet förknippades positivt med volymen av den främre främre gyrusen i vänster lateral PFC. Associeringsregionen var stor och sträckte sig från nära den främre polen till den bakre regionen av laterala PFC. Den mellersta främre gyrusen är avgörande för att upprätthålla information under arbetet minne och vid genomförandet av planerad åtgärd.. .. Våra resultat kan därför återspegla sambandet mellan samvetsgrannhet och effektiv självreglering på flera nivåer av komplexitet, vilket skulle stämma överens med detta drag som är en prediktor för akademiska och yrkesmässiga prestationer, hälsa och livslängd. " (Sid. 826)

Det är helt sant att mittre frontala gyrus är involverade i dessa processer. Men det är också involverat i uppmärksamhet; i räkningen; i semantisk och episodisk återhämtning; vid rimgenerering; inom musikkognition; vid bearbetning av färgord; och i konfliktdetektering, bara för att nämna några av de saker som aktiverar denna struktur. Med tanke på den funktionella komplexiteten i enskilda hjärnregioner, för att tolka sambandet mellan en komplex personlighetsfaktor som Samvetsgrannhet med hänvisning till en selektiv underuppsättning av de uppgifter regionen stöder är helt enkelt att göra upp post-hoc just så historier.

Att sammanföra bara berättelser är faktiskt vad författarna kan göra kan ses genom att jämföra sin diskussion om vänster mittfront gyrus (lMFG) / Samvetsgrannhetsrelation med deras diskussion om vänster överlägsen temporal sulcus (lSTS) / Agreeableness relation: "Agreeableness förknippades med reducerad volym i posterior vänster överlägsen temporal sulcus och med ökad volym i posterior cingulat bark. Den överlägsna temporala sulcusen är involverad i tolkningen av andra individs handlingar och avsikter på grundval av biologisk rörelse (Pelphrey & Morris, 2006), en process som kan vara mer effektiv hos individer som får högre poäng Agreeableness. "(Sid. 826)

Fick du den där handen? De ökade volymen av lMFG är indikativ desto större självreglering typisk för samvetsgrannhet, medan nedsatt volym av lSTS indikerar den större förmågan att tolka andra som visas i Agreeableness. När både positiva och negativa förhållanden mellan variablerna av intresse lika stödjer en hypotesen, detta är ett tecken på att författarna ännu inte riktigt har ett vetenskapligt grepp på sitt område förfrågan. Precis lika oroande är det faktum att författarna inte finner många av de förhållanden de förutsäger, och finner många relationer som de inte förutspådde, och ändå räknar detta fortfarande som en vetenskaplig framgång.

Dessutom konstaterar min kollega John Campbell, specialist på individuella skillnader, någon anledning till oro på huvudpersonens personlighetssida. Det är till exempel något ovanligt att normera sina åtgärder för en enskild individ. Förmodligen vad författarna vill ha är en neural förklaring till de observerade skillnaderna i personlighet (eller en personlighetsförklaring för de observerade skillnaderna i regional hjärnvolym), men vad vi har här verkar i bästa fall vara en serie potentiella förklaringar för avvikelser från egenskaperna hos en enda enskild. En subtil skillnad kanske, men när den kombineras med de andra frågorna som beskrivs ovan understryker det svårigheten att få vetenskaplig mening om de rapporterade resultaten.

Detta leder oss slutligen till den häpnadsväckande överförenkling som ligger i ett perspektiv som skulle till och med förvänta 1: 1-kartläggningar mellan personlighetsfaktorer som är beteendemässigt komplexa som till exempel neurotism och hjärnregioner så funktionellt komplexa som våra verkar vara. Många hjärnregioner är involverade i varje kognitiv och beteendeprocess, och varje hjärnregion är involverad i många kognitiva och beteendeprocesser. Kognition stöds av realtidssamlingen av funktionella koalitioner i hjärnan; och samma sak måste vara sant för personlighetsfaktorer. De komplexa, relativt stabila uppsättningar av egenskaper och beteendetrender som vi kallar Agreeableness eller Extroversion sker endast genom samordnade aktiviteter i flera nätverk av flera regioner.

Och ja, naturligtvis, det gör vetenskapen svår. Men även om kartläggningar av 1: 1 var att föredra framför författarna för pedagogisk orsaker, det skulle åtminstone ha varit ett erkännande av den verkliga komplexiteten här hade författarna analyserat funktionella profiler i enskilda hjärnregioner och försökte hitta allt-som-betraktade bästa hypotetiska matchningar mellan de funktioner som en given region stöder, och det antal drag som innefattar en given faktor. Men istället för att försöka hantera denna komplexitet med medvetet valda preliminära abstraktioner, författarna helt enkelt ignorera den. Det gör vetenskapen enklare, men bara för att det inte längre är bra vetenskap.