腦部掃描的華麗表象：解讀背後的真相
自1664年克里斯多福·雷恩爵士繪製《大腦解剖圖》以來，人類便開始以科學方法描繪大腦的詳細結構。然而，直到近年，這些影像才逐漸影響一般人對日常生活的理解。1990年，時任美國總統老布希宣佈「腦的十年」，高解析度的腦部影像自此廣泛流傳，從流行雜誌到法庭都能見到它們的蹤影。
透過正子斷層掃描（PET）和功能性磁振造影（fMRI）等技術，我們得以創造出光鮮亮麗的腦部活動影像。這些技術的強大之處在於，它們能顯示大腦內部的活動，追蹤神經區域如何對實驗刺激做出反應。腦部掃描似乎揭示了人類主觀性的「真實」神經基礎，並迅速從實驗室研究走向更廣泛的應用。
1992年，腦部掃描首次出現在法庭上，辯護團隊使用PET掃描來主張被告因額葉的蜘蛛膜囊腫而殺害妻子。這一影像的使用引發了關於其在法庭上可採納性的爭議，因為陪審團成員需要理解這些證據。這場爭議的核心在於，這類影像具有強大的修辭力量，生物倫理學家和批判學者試圖用「神經現實主義」和「神經本質主義」等新詞來描述這一現象。
儘管PET和fMRI的基本原理相似，但fMRI因其易用性和精確性，已成為當代認知神經科學的主流工具。PET掃描使用葡萄糖作為腦部活動的代理，需要研究人員向參與者注射放射性同位素，以觀察其在大腦中的代謝位置。相比之下，fMRI是非侵入性的，透過追蹤血氧變化來反映腦部活動，讓研究人員能直接將受試者放入掃描器中。
到了2010年代，fMRI的廣泛使用不僅引發了社會學家和哲學家的批評，也招致神經科學界內部的質疑。這些批評主要集中在科學家分析fMRI資料的「流程」和統計框架上。2010年，克雷格·班尼特的「死鮭魚研究」成為最著名的質疑案例。在這項研究中，掃描器中的死魚被「要求」推測社交情境圖片中人物的情緒，並顯示出看似有意義的神經啟用反應。
這些結果之所以可能，是因為研究人員使用的統計技術：fMRI影像將大腦分為多達40,000個「體素」，資料分析時通常將每個立方單元視為獨立單位來尋找啟用。這意味著至少進行了40,000次獨立單元的比較，大幅增加了假陽性的可能性，除非透過「多重比較校正」等技術進行過濾。然而，這樣的校正可能會抹去有意義的相關性。關於假陽性和假陰性哪個更危險的辯論，逐漸形成了一種共識：fMRI研究必須更透明地公開其分析方法，包括未校正的資料和使用的演算法與統計方法。
這種對統計方法的批判性討論已成為fMRI研究界的特徵，但如何將其影響傳達給公眾仍是一大挑戰。大多數試圖提供批判性工具的著作，仍集中在統計分析這一老生常談的領域，而忽略了科學家如何設計受試者在掃描器中執行的任務。若能更深入理解科學家如何建構這些任務，公眾對神經科學的參與將更不易陷入「神經現實主義」的過度解讀。
fMRI影像並非任何大腦的圖片，而是躺在棺材大小的管狀腔室中、可能配備緊急按鈕以防幽閉恐懼症發作的人的大腦影像。這種環境與日常生活中的普通情境相去甚遠。在這些技術限制下，科學家設計任務，盡可能模擬他們試圖測量的內容，例如「創造力」或「羞恥感」的神經基礎。
設計任務需要在三個方面取得平衡：你想測量的內容、你將使用的可測量代理，以及你用來測量該代理的任務。你想測量的可能是「同理心」、「衝動性」或強迫症（OCD）等精神診斷的嚴重程度。但由於無法直接測量這些內容，你必須建構可測量的代理。例如，對於「衝動性」，你可能選擇測量受試者的決策是否對正常激勵做出反應，並設計一個任務來測量它，例如提供越來越高潛在回報的賭博任務，並在受試者輸掉賭注時給予越來越痛苦的電擊。
將你的目標與代理和任務聯絡起來可能需要權衡：一個任務可能是代理的優秀測量工具，但代理與你想測量的內容之間的關係可能更為假設性，反之亦然。以多源幹擾任務（MSIT）為例，它常用於測量「認知控制」，而認知控制又常作為評估OCD等診斷嚴重程度的代理。MSIT向受試者展示一系列三個數字，並要求他們根據不同標準選擇出不同的數字。快速切換這些任務需要受試者在決策結構之間轉換，依賴於神經科學家理論化的「自上而下控制」。到目前為止，任務和代理之間的聯絡似乎合理。但如果MSIT用於測量OCD或抑鬱症狀的嚴重程度，它依賴於一個假設性聯絡，即OCD或抑鬱症是由缺乏自上而下的認知控制所定義的。換句話說，MSIT和大多數其他fMRI任務的使用，依賴於這種在目標、代理和任務之間的切換。將這些三角關係視為「真實」或「不真實」是沒有意義的——相反，這種科學實驗的現實是，所謂的「硬科學」依賴於對你想測量的目標的假設性框架。
選擇一個好的任務不僅僅是建構一個關於如何測量你想測量的內容的假設。更實際地說，一個好的任務應該在控制條件和實驗條件之間顯示出明顯的差異。即使是最優雅的目標、代理和任務的結合，如果你無法區分控制和試驗，或者如果差異在受試者之間變化太大，以至於你無法提取試驗反應的共同點，也是無用的。對於影像研究來說，理想的任務是能在受試者之間一致地啟用特定區域的任務，如果一個任務能可靠地啟用同一區域，即使其與目標的相關性不那麼確定，也能使該任務更具吸引力。這一事實部分解釋了MSIT日益流行的原因，它能可靠地啟用釦帶-額葉-頂葉認知注意網路。換句話說，MSIT之所以吸引人，是因為它能可靠地「點亮」大腦中涉及決策和注意力的特定結構系統；這意味著所見的效果遠不像死鮭魚那樣可能是假陽性。反過來，這增加了該任務被用作更多目標的代理的可能性——不一定僅僅因為它無縫捕捉了正在建模的目標。
神經科學家在設計任務時並非天真，從實驗室會議桌旁發明到被接受為標準測量，任務需要經過漫長的流程。由於科學出版中的激勵結構不獎勵直接的複製，新任務首次發表後，其他科學家會修改或擴充套件其用途——可能新增任務的元件或將其用於新的人群。當任務達到中等接受範圍時，支援其使用的科學家會討論如何標準化和應用該任務。這些討論可能產生「共識論文」，即科學家關於如何應用的集體宣告，證明其有效性。並非所有共識論文都同等重要；出現在《自然》上的共識論文比出現在較小區域期刊上的論文更有分量。例如，儘管有一群有影響力的研究人員支援MSIT，但尚未出現共識論文，部分原因是其出現的地方會影響該任務更廣泛接受的可行性。
儘管公眾對fMRI影像充滿熱情，但科學界對其侷限性有一定的共識，神經科學家經常敦促謹慎對待其結果的傳達。然而，正如生物倫理學家埃裡克·拉辛所言，對fMRI潛力的興奮往往忽略了其對任務選擇的依賴。事實是，掃描器中發生的是對「自然主義」現實的可測量代理的建構。這些測試是精細的，結果必須以懷疑和謹慎的態度來解讀。正如拉辛所寫：「對這些挑戰的高度認識應防止草率的神經政策決策，並促使仔細考慮fMRI在現實世界應用中的侷限性。」拉辛所說的「神經政策」是指fMRI在實驗室外的應用，例如評估兒童的學術潛力以分配據稱有限的教育資源，或裁定法律責任。但神經現實主義，或fMRI的假定公眾權威，使得謹慎成為一場艱難的戰鬥。
確實，fMRI是一種有效的科學工具，具有多種研究用途，能揭示大腦中發生的事情。但同樣真實的是，決定fMRI影像的意義充滿了多個偶然性和解釋的時刻。決定這些影像的意義並非簡單地讀取結果——當這些影像在公共話語中被賦予意義時，更是如此。
