Neuroscienze e fMRI: vent’anni buttati al vento?

Il 6 settembre 2016 è una giornata come tante altre: mi alzo accaldato per la notte afosa, faccio una veloce colazione e accendo il pc per leggere le ultime novità dal mondo della scienza.

Improvvisamente, però, spulciando tra i risultati del motore di ricerca, non posso fare a meno di notare un articolo assai invitante intitolato Il cervello immaginario.

Non lo avessi mai fatto.

Cliccare su quel link è stato come aprire il vaso di Pandora.

Perchè? Ve lo spiego subito.

fMRI, algoritmi e falsi positivi

L’articolo in cui mi ero imbattuto (il link lo potete trovare tra gli Approfondimenti) trattava della ricerca condotta da Anders Eklund, Hans Knutsson e Thomas Nichols in merito all’affidabilità della risonanza magnetica funzionale (fMRI) nello studio dell’attività cerebrale.

I risultati? Clamorosi.

Il 70% dei lavori neuroscientifici basati su questa tecnica di visualizzazione sono inficiati dal rilevamento di attività cerebrale in aree dove essa non si verifica, dando origine quindi a quel fenoeno molto temuto in ambito scientifico chiamato falso positivo.

Ma procediamo con calma.

Cos’è e come funziona la risonanza magnatica funzionale?

La fMRI è una tecnica di neuroimmagine, cioè una metodica che ci consente di mettere in evidenza, più o meno indirettamente, tanto l’attività quanto la struttura cerebrale, permettendoci, quindi, di “guardare nella testa” di un individuo che svolge un determinato compito, sia esso cognitivo o senso-motorio.

Tipicamente, un volontario prende parte ad un esperimento nel quale deve svolgere un dato compito, e lo fa disteso supino su di un lettino che viene fatto scorrere all’interno dell’apparecchiatura. Durante il test, il paziente deve eseguire diversi compiti, i quali modificano la quantità di ossigeno nel sangue che circola nelle varie regioni cerebrali, dando vita ad una modificazione del segnale magnetico del sangue, modificazione che viene registrata dall’apparecchiatura. Tramite l’alternanza, durante il test, tra fasi attive e di riposo, vengono confrontate le immagini del cervello di questi momenti differenti in modo da rilevare le aree attive durane un compito.

Il risultato sarà un’immagine statica che mostra le aree che si sono attivate maggiormente durante l’esecuzione del compito.

Abbiamo detto, però, che la visualizzazione della struttura e dell’attività cerebrale avviene per via indiretta: infatti, l’afflusso di sangue ed ossigeno viene rilevato tramite l’applicazione di algoritmi (SPM, FSL e AFNI) i quali, dopo un’analisi statistica, producono dei dati che vengono convertiti dal computer in immagini tridimensioanli dell’attività cerebrale.

Sorge, però, un problema: nessun ricercatore, sia esso neurofisiologo o neuropsicologo, ha mai testato l’efficacia di questi algoritmi su un campione significativo di individui.

Ed è proprio su questo punto che Eklund, Nichols e Knutsson si sono soffermati: nel corso degli anni, dal 2012 in poi, hanno testato l’affidabilità di questi modelli matematici, giungendo a risultati in parte allarmanti, i quali hanno peraltro avuto una risonanza mediatica non da poco, che ha però spesso e volentieri esagerato la gravità della situazione.

Non è andata diversamente questa volta.

Eklund e co. hanno selezionato un campione di 499 volontari sani, dividendoli poi in gruppi composti da 20 persone: mentre i soggetti dell’esperimento non facevano nulla, i ricercatori hanno visuaizzato tramite fMRI la loro attività cerebrale, applicando l’algoritmo AFNI.

Il risultato è stato la scoperta che i falsi positivi raggiungono il 70%.

Le conseguenze potrebbero essere allucinanti: se la ricerca di Eklund, Nichols e Knutsson venisse corroborata, si verificherebbe presumibilmente un sostanziale rigetto dei risultati neuroscientifici e psicobiologici raggiunti grazie alla metodica dell’fMRI, con la costrizione, da parte dei neuroscienziati, di ricominciare a costruire l’intero edificio di questa disciplina.

Una vera mazzata per neuroscienziati, psicologi, scienziati cognitivi ed appassionati.

Vent’anni di studi sul cervello buttati al vento?

Eppure, in tutto questo, c’è qualcosa che puzza: possibile che la situazione sia così catastrofica?

Sebbene ad un primo sguardo parrebbe proprio di sì, inquadrando con maggiore approfondimento la metanalisi svolta da Eklund e colleghi si giunge a conclusione contraria.

Anzitutto, la risonanza magnetica funzionale, sebbene faccia parte, insieme all’elettroencefalografia (EEG) ed alla tomografia ad emissione di positroni (PET), dei metodi di visualizzazione cerebrale più diffusi nella ricerca delle neuroscienze cognitive, è solo una delle innumerevoli metodiche di indagine di cui la scienza dispone per svelare i misteri del cervello.

La fMRI, infatti, fa parte della grande famiglia delle tecniche di neuroimmagine (tra cui figurano anche l’elettroencefalografia, la risonanza magnetica, la tomografia assiale computerizzata, la tomografia ad emissione di positroni e la tomografia computerizzata ad emissione di fotone singolo), famiglia che si vede affiancata anche dalle metodiche di neurostimolazione (stimolazione magnetica transcranica, stimolazione magnetica transcranica ripetitiva, stimolazione elettrica a correnti dirette) e da quelle di lesionamento (studio di danno cerebrale o lesione virtuale).

Ne consegue evidentmente che a subire le problematiche provocate dall’algoritmo AFNI sia una sola tecnica di rilevazione (che a sua volta è una tra le tante della propria famiglia, il neuroimaging), mentre tutte le altre, alle quali dobbiamo la maggior parte delle conoscenze psicobiologiche che possediamo, non sono per nulla intaccate dalla questione.

E’ oltremodo importante notare come le tecniche di indagine cerebrale, in special modo quelle di neuroimaging, siano atte ad individuare la correlazione sussistente tra aree cerebrali attive ed esecuzione di un dato compito.

Correlazione. Non causazione.

Per farla breve, l’attività di una data regione cerebrale che si manifesta durante un certo compito cognitivo è di vitale importanza per conscere il funzionamento della mente, ma non è la fine della storia: infatti, sono necessarie molte ricerche per trarre conclusioni valide ed attendibili a partire dai risultati delle ricerche condotte per mezzo di tecniche di neuroimaging.

Questo per dire che tutti i risultati cui si è giunti tramite la fMRI sono stati corroborati (o meno) da altri studi nei quali sono stati utilizzati altri tipi di tecniche di rilevamento esenti dalle problematiche esposte nell’articolo: il rischio che buona parte delle ricerche neuroscientifiche siano false si riduce perciò drasticamente, andando più che altro a riguardare quei risultati scientifici cui si è giunti o col solo utilizzo della fMRI o con l’utilizzo della stessa scarsamente supportata da ricerche di diverso tipo.

Infine, c’è da osservare semlicemente come il fatto che vi sia il 70% di possibilità di imbattersi in falsi positivi utilizzando la fMRI non implica automaticamente che il 70% dei risultati positivi sia falso.

Conclusioni

E’ il momento di tirare le somme: la ricerca di Eklund e co. in merito all’affidabilità e validità dell’algoritmo AFNI ha avuto un grande risalto mediatico, ma le conclusioni cui alcuni giornalisti e commentatori sono giunti, affermando che gran parte dell’imbastimento neuroscientifico sia errato, sono, oltre che esagerate, anche sbagliate: il problema, come dimostrato nella seconda parte dell’articolo, è assai circoscritto, e più che far cadere in tanto facili quanto pericolosi catastrofismi, dovrebbe fungere da campanello d’allarme per i neuroscienziati, stimolando la riflessione critica riguardo gli strumenti di indagine utilizzati e la loro affidabilità, riflessione che dovrebbe essere portata avanti in maniera continuata e costante.

APPROFONDIMENTI

Il bo, articolo Il cervello immaginario (http://www.unipd.it/ilbo/cervello-immaginario)

Neuroskeptic, articolo False-positive fMRI hits the mainstream (http://blogs.discovermagazine.com/neuroskeptic/2016/07/07/false-positive-fmri-mainstream/#.V9gGwDVR7IV)

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