پیش‌ بینی رفتار از روی ساختار مغز تا چه حد شدنی است؟

ساختار مغز تا چه اندازه با صفات و ویژگی‌های روانی متفاوت مرتبط است؟ محققان بیمارستان عمومی ماساچوست توانسته‌اند با استفاده از یک روش جدید به نام مورفومتریسیتی (morphometricity) به بررسی اختلالات ذهنی و رفتاری بپردازند. دکتر مرت آر سابونجو و همکارانش نام مورفومتریسیتی را از عبارت «تشریح نسبت تنوع فنوتیپی به‌واسطه‌ی ریخت‌شناسی ماکروسکوپی مغزی» به دست آورده‌اند. به‌ عبارت‌ دیگر، میزانی از شباهت رفتاری در میان افراد با مغزهای مشابه، مورفومتریسیتی نام دارد. مورفومتریسیتی تا حدی شبیه به مفهوم وراثت در ژنتیک است.

نویسندگان این مقاله با استفاده از نرم‌افزار FreeSurfer و تکنیک آماری مدل‌سازی اثرات ترکیبی خطی، به بررسی بیش از 3800 اسکن از ساختار مغز پرداختند. این 3800 اسکن مغزی از 9 مطالعه‌ی دیگر استخراج شده بود. تحلیل سابونجو و همکارانش بر اساس محاسبه‌ی یک ماتریس همانی تشریحی (کالبدشکافی) (ASM) در مغز افراد انجام شد. ASM به معنی «شباهت مورفولوژیکی سراسری میان گروهی از افراد در یک نمونه» است. ASM ضرورتاً بیانگر چگونگی شباهت دو نفر به یکدیگر از نظر ساختار کلی مغز است. سابونجو در مرحله‌ی بعد دست به محاسبه‌ی مورفومتریسیتی هر مشخصه از طریق مقایسه‌ی شباهت ساختاری با شباهت رفتاری زد.

نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که بیماری آلزایمر با یک مقدار تخمینی بین 0.94 تا 100، کاملاً مورفومتریک است (مقادیر ممکن بین صفر تا 1 است). شیزوفرنی نسبتاً مورفومتریک بوده (مقدار 0.55) و اوتیسم با عدد 0.38 به مقدار خیلی کم مورفومتریک است. بیماری پارکینسون به طرز شگفت‌انگیزی دارای مقدار مورفومتریک 0.20 است.

سایر ویژگی‌های غیر بیماری‌زا، نظیر بهره‌ی هوشی (IQ) و میزان علم و دانش نیز به‌شدت مورفومتریک بودند و ارقام بالای 0.80 را نشان دادند. در حقیقت IQ اندکی بیشتر از جنسیت مورفومتریک بود (بهره‌ی هوشی: 0.95، جنسیت: 0.93)، درحالی‌که سن با عدد 1 کاملاً مورفومتریک به‌حساب می‌آمد.

نویسندگان مقاله به این نتیجه رسیدند:

در آستانه‌ی عصری از مجموعه‌ی داده‌ها در زمینه‌ی ویژگی‌ها و صفات شخصیتی در مقیاس وسیع در یک طیف فنوتیپی گسترده، مورفومتریسیتی در اولویت‌بندی و مشخص کردن فنوتیپ‌های رفتاری، شناختی و بالینی مبتنی بر ویژگی‌های عصبی تشریحی، حیاتی است. به‌علاوه، این چهارچوب ارائه‌شده در تشریح پایه‌ی عملکردی، مورفولوژیکی و مولکولی صفات مختلف ضروری و موثر خواهد بود.

سابونجو می‌گوید:

این یک مقاله‌ی مهم است؛ اما ما نباید در تفسیر مبالغه‌آمیز نتایج عجله کنیم. برای مثال، مورفومتریسیتی بالا که برای اختلالاتی چون اوتیسم و شیزوفرنی تخمین زده شده است و به‌صراحت به زیرلایه‌ی عصبی تشریحی این بیماری‌های بالینی اشاره می‌کند، نمی‌تواند یک نظر قطعی باشد.

برای مثال داده‌های شیزوفرنی در این مطالعه را در نظر بگیرید. اسکن‌های MRI به‌دست‌آمده از بستر داده‌ها، MCIC نام دارند. مشکل این است که 86 درصد از بیماران این مطالعه از داروهای آنتی سایکوتیک (ضد بیماری‌های روانی) استفاده می‌کنند که ممکن است بر ساختار مغز تأثیر خوب داشته باشد. 29 درصد از بیماران شیزوفرنی نیز سابقه‌ی سوءمصرف مواد مخدر و الکل را داشته‌اند که می‌تواند بر مغز تأثیرگذار باشد. ازاین‌رو ما نمی‌توانیم بگوییم که مورفومتریسیتی بالای شیزوفرنی، به‌نوبه‌ی خود ناشی از این سندروم یا قرارگیری در معرض مواد مختلف بوده است. ما نباید این‌طور برداشت کنیم که مورفومتریسیتی بالا به معنی این است که ساختار مغز سبب یک رفتار به‌خصوص می‌شود.

نویسندگان این مقاله می‌گویند که محاسبه‌ی مورفومتریسیتی نیازمند اعتبارسنجی ضربدری که در یادگیری ماشینی برای اندازه‌گیری دقت پیش‌بینی به کار می‌رود، نیست. به این خاطر که متد آن‌ها از تمامی مجموعه‌ی داده‌ها برای ایجاد سازگاری در مدل و تخمین پارامترهای جزئی متغیر ناشناس بهره گرفته و مورفومتریسیتی به‌نوبه‌ی خود یک روش بدون تعصب و صادقانه است. ما ترجیح می‌دادیم که برخی از اعتبارسنجی‌ها با محاسبه‌ی مورفومتریسیتی یک رفتار به شکل تصادفی و یا تغییر (جایگشت) داده‌های آن ویژگی اجرا می‌شد.