Группа американских исследователей показала, что использование выборок с разными демографическими характеристиками приводит к различным выводам относительно того, как меняется структура мозга с возрастом.
Значит, результаты многих предыдущих основанных на МРТ исследований, в которых использовались группы субъектов, не отражающие социально-экономических тенденций популяции, могут быть искажены. Работа появилась в Nature Communications.
Всем, кто знаком с базовыми понятиями статистики, известно, что результаты эксперимента часто зависят от того, на ком этот эксперимент проводится. Для того, чтобы исследование могло сказать нам что-то о популяции в целом (то есть чтобы результаты работы можно было экстраполировать), нужно максимально приблизить состав группы участников эксперимента к составу популяции, которую мы стремимся изучить, по всем релевантным характеристикам.
Одна из проблем когнитивных наук (и особенно довольно дорогих нейронаук) – это то, что выборки, на которых проводятся эксперименты и, соответственно, делаются выводы об общих закономерностях работы человеческого мозга, во-первых, зачастую небольшие, а, во-вторых, не репрезентативны относительно популяции. Это значит, что в испытаниях чаще участвуют люди, относящиеся к категории Белые-Образованные-Городские-Богатые-Развитые (W.E.I.R.D. – white, educated, industrial, rich, developed). Легко представить, что такая группа – довольно узкая и специфичная, и вряд ли её можно назвать близкой к составу популяции, например, населения США.
Для исследований по экономике или социологии, изучающих общественные процессы, демографические характеристики состава выборки считаются критическими важными. Однако, изучение когнитивных процессов зачастую основано на предположении о том, что можно пренебречь индивидуальными различиями. Конечно, понятно, что специфические группы людей обладают и специфическим строением мозга. Известный пример – объём гиппокампа (часть мозга, связанная с пространственной памятью) лондонских таксистов.
Однако, выборки зачастую маленькие и нерепрезентативные не только из-за пренебрежения различиями, но и по причине ограниченности средств. Например, часто эксперименты проводятся на студентах из-за удобства и доступности, так что определённый состав выборок можно назвать вынужденным.
Новое исследование американских учёных, опубликованное в Nature Communications – одно из первых, где широкомасштабно оценивался реальный эффект нерепрезентативных выборок в нейронауках. Авторы статьи взяли общедоступные данные национального исследования PING (Pediatric Imaging, Neurocognition and Genetic Study), которое содержит МРТ сканы 1162 детей в возрасте от 3 до 18 лет. Изученный проект исследовал то, как развивается мозг у детей. Учёные отметили, что, как и многие другие исследования такого рода и несмотря на свой масштаб, этот проект не отражал демографического состава популяции: доходы семей и образование оказались выше, чем в среднем.
Авторы новой статьи взвесили данные так, чтобы они отражали состав популяции США: скорректировали выборку на пол, расу/этнос, образование родителей и доход семьи. Такой статистический приём изменил результат. Получилось, что многие регионы мозга достигают своего максимального объёма в среднем гораздо раньше, чем предполагали результаты по невзвешенным данным. Например, изначально было показано, что общая поверхность коры приходит к своему максимуму в возрасте 12.1 лет, а взвешенные данные указали на возраст 9.7. Разница значительная.
Главным аргументом авторов в пользу взвешивания оказалось то, что новые выводы лучше соответствовали другим имеющимся знаниям и теориям. Например, получилось, что взвешивание изменило порядок развивающихся частей мозга. А именно: сначала получили, что лобная, височная и затылочная доли развиваются примерно в один период. Взвешенные данные показали, что затылочная и теменная доли достигают максимума объёма первыми, затем – височная доля, и только потом – лобная. Это соответствует общепринятому в нейронауке представлению о том, что мозг развивается «сзади наперёд» (сагиттально): всё начинается с овладения моторными функциями, и гораздо позднее развиваются абстрактные формы мышления.
Полученные результаты не только указывают на реальный эффект нерепрезентативных выборок, но и помогают объяснить кризис воспроизводства в нейронауке: часто результаты предыдущих экспериментов не воспроизводятся на других выборках в других лабораториях, даже в другой период времени – это указывает на неточность и ненадёжность результатов. Авторы статьи подчёркивают частую неизбежность пренебрежения составом изучаемой группы, однако, для общенациональных исследований, как PING, это может стать критически важным и необходимым.
Текст: Мария Азанова