功能性磁振造影(fMRI,functional magnetic resonance imaging)是一种神经影像学方法,其原理是利用磁力共振造影来测量神经元活动所引发的脑部血液流动的细微变化。fMRI 得到的扫描数据会被输入统计软件中进行分析,以获知大脑不同区域的功能定位。
由于这种方法具有非侵入性、无辐射暴露问题等优点,它从1990年代初开始就在脑部功能定位研究领域被广泛应用。比如,科学家曾利用 fMRI 研究人类在思考某一具体名词,或接到某一指令时,大脑在哪些区域产生相应的活动,以揭示外部信息影响人脑工作的机制。
但最近来自瑞典和英国的研究人员近期在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表论文指,被广泛应用 fMRI 数据处理的常用软件包存在漏洞,导致过去15年间全球关于人脑活动的4万篇研究论文的可靠性受到质疑。
尽管 fMRI 已经有25年的历史了,但令人惊讶的是,这种技术的最常见统计方法均未经过真实数据的验证。
在过往的研究中,科学家们首先会用 fMRI 将被测试的大脑“划分”为密集的被称为“三维像素”(Voxel)的小单元,这些像素能够表征大脑活性。然后,研究人员需要用统计软件对这些像素进行分类,寻找具有相似活性的“集群”(Cluster),并借此计算出大脑活动的区域位置。
这篇提出质疑的论文使用了来自全球499名健康人类的静息态(Resting-state,即大脑非任务状态)fMRI 脑部扫描数据,并将其分为20组,然后随机将某两组分别指定为“实验组”和“对照组”进行软件测试。随后,这些数据被数千次地分配到最常用的 fMRI 统计软件包 SPM、FSL 和 AFNI 中的一个进行分析。但测试数据被分析出来是“假阳性”(False-positive)的误报率高达70%,而研究团队事先预估只有5%的平均误报率。
这一大大超出常理的误报率直指 fMRI 软件包存在的重大漏洞。论文第一作者、瑞典林雪平大学(Linköping University)学者 Anders Eklund 称,其中一个漏洞在去年5月时被修正,但已经存在了15年之久,这是因为科学家目前还没有可靠的办法对 fMRI 的分析结果进行实际验证。
Eklund 及其研究团队在注意到这个漏洞后,便开始了这项针对软件包可靠性的研究。他们近期发表的成果意味着,科学家在过去十几年间所做的关于人类恋爱、运动、游戏甚至吸毒时脑部变化的研究结果,可能都是存在问题的。
但这一研究成果也受到不少神经学家的质疑,他们认为这过分夸大了漏洞的实际影响。和 Anders Eklund 共同撰写这篇论文的 Thomas Nichols 上周就发表网志,将受影响的论文篇数下修到3500篇,他同时还指出,这3500篇论文也不见得全错,也要视乎每个实验测量阈值的大小。