Jak dzieci postrzegają świat?

Heather Kosakowski trzyma niemowlę, które ma zostać zeskanowane aparatem fMRI w McGovern Institute for Brain Research. CAITLIN CUNNINGHAM

To już trzeci raz Ursuli w funkcjonalnym MRI. Heather Kosakowski, doktorantka neuronauki kognitywnej, ma nadzieję uzyskać tylko dwie cenne minuty danych ze swojej sesji. Mimo że Ursula została zamówiona do skanowania mózgu przez dwie godziny, nie jest to pewne. Jej dwie pierwsze sesje, również zarezerwowane na dwie godziny każda, przyniosły łącznie tylko osiem minut użytecznego materiału.

Zadanie graniczy z niemożliwością. Kosakowski potrzebuje Ursuli, aby nie zasnęła, oglądając wyświetlane obrazy twarzy i scen, i bardzo nieruchomo, najlepiej przez kilka sekund, a nawet minut. Każde drgnięcie i poruszenie zamazuje skan MRI, zasłaniając obraz i czyniąc go bezużytecznym. Ale Ursula ma tendencję do skręcania się, a potem nieuchronnie zasypiania – dokładnie tego, czego można oczekiwać od sześciomiesięcznego dziecka.

Skanowanie mózgów niemowląt, gdy nie śpią, jest niezwykle trudne i czasochłonne, a ponadto zawsze istnieje ryzyko, że sesja nie przyniesie żadnych danych. Zmotywowany dorosły jest w stanie pozostać w idealnym bezruchu przez dwie godziny, tworząc obrazy mózgu, które czyta się jak otwarta książka. Sesje Ursuli tworzą coś bardziej zbliżonego do książki, która została podarta i wrzucona do rzeki. Kosakowski, któremu wspólnie doradzają profesor neuronauki kognitywnej Nancy Kanwisher ’80, dr ’86 i Rebecca Saxe, dr ’03, musi starannie wyłowić użyteczne sekcje i połączyć je, zanim będzie mogła przeczytać opowiedzianą historię.

Heather jest prawdopodobnie najbardziej wykwalifikowaną żyjącą obecnie osobą w uzyskiwaniu wysokiej jakości funkcjonalnych danych MRI od ludzkich niemowląt, mówi Kanwisher, profesor neurologii poznawczej Walter A. Rosenblith.

Jeśli Kosakowski nie otrzyma dwóch minut nieruchomych obrazów mózgu, których potrzebuje, możliwe, że dwie poprzednie wizyty Ursuli poszły na marne. Ale jeśli uda jej się uzyskać wyraźny odczyt fMRI, będzie o krok bliżej odpowiedzi na jedno z najgłębszych pytań współczesnej neuronauki: jakie są fizyczne podstawy ludzkiego umysłu?

Odległy sen

Kosakowski nie jest obcy pokonywaniu przeszkód. Jej dzieciństwo charakteryzował rodzaj niestabilności, który sprawiał, że jakiekolwiek wykształcenie wyższe wydawało się nieosiągalne. Jej ojciec był w wojsku, więc jej rodzina często się przeprowadzała. Potem jej rodzice rozwiedli się, a trudności się pomnożyły. Kiedy miała około siedmiu lat, przeniosła się z matką do schroniska dla bezdomnych, a w wieku 11 lat Kosakowski został umieszczony w opiece zastępczej w zachodniej części stanu Massachusetts. Mówi, że od zawsze marzyłam o uzyskaniu tytułu licencjata, ale swoją pierwszą próbę w college'u nazywa fatalną porażką.

Kosakowski z małą Urszulą po badaniu fMRI.

RACHEL FRITTS

Wyleciałam, byłam bezdomna i nie miałam pracy, a potem doliczyłam mój samochód i pomyślałam, co mam zrobić ze swoim życiem? wspomina. Postanowiła wstąpić do Korpusu Piechoty Morskiej, ale miała nadzieję, że pewnego dnia dostanie drugą szansę na studiach.

Po kilku latach w wojsku Kosakowski opuścił marines i wrócił do Massachusetts, zapisując się na część etatu do Massachusetts Bay Community College. Może, pomyślała, tytuł licencjata nie był jednak tak daleko poza jej zasięgiem. Skupiła się na Smith College, gdzie została przyjęta. Ale mniej więcej w czasie, gdy otrzymała tę wiadomość, dostała też inną: była w ciąży.

Kosakowski nigdzie nie poszła do college'u tej jesieni, ale jej chęć do nauki nie ustępowała. Jej naturalna ciekawość znalazła ujście w jej dziecku Hannah, która urodziła się w październiku. Obserwowała, jak Hannah po raz pierwszy doświadcza trawy na wiosnę, ciesząc się, jak zareagowała na ten dziwny nowy materiał pokrywający ziemię. Podczas gdy Hannah badała swoje otoczenie, Kosakowski zastanawiał się, jak wszystko wyglądało z jej perspektywy. Czego ona doświadczała? Jak ona rozumie otaczający ją świat?

Kiedy Hannah miała dwa lata, Kosakowski dostał pracę w organizacji non-profit, która pracowała nad przyspieszeniem badań nad stwardnieniem rozsianym, dając jej możliwość wzięcia udziału w konferencji neurobiologicznej. Po tym byłam trochę uzależniona, mówi. Pomyślałem: okej, naprawdę chcę się zajmować badaniami naukowymi, a żeby je prowadzić, potrzebuję dyplomu. Muszę wrócić do szkoły.

Kosakowski został przyjęty do Wellesley College – szkoły, którą skreśliła wiele lat wcześniej, ponieważ była tak konkurencyjna. Zafascynowała ją neurobiologia, zasypując swoich profesorów pytaniami, aż jedno powiedziało: Heather, niektóre z pytań, które zadajesz, nikt nie zna odpowiedzi. Powinieneś zrobić doktorat.

Po prostu kontynuowałem skanowanie

Tak jak Kosakowski ukończył Wellesley, Saxe szukała kierownika do swojego laboratorium, które było jednym z niewielu laboratoriów na świecie badających dzieci za pomocą rezonansu magnetycznego, gdy nie śpią – i w konsekwencji jednym z niewielu, które mogą odpowiedzieć na pytania Kosakowskiego o naturze poznania niemowląt. Złożyła podanie o stanowisko i je dostała.

Kiedy jej przybrana siostra urodziła dziecko, Kosakowski poszedł do Saxe i zapytał, czy mogłaby nauczyć się używać fMRI do skanowania mózgu niemowlęcia. Myślę, że pomyślała, że ​​po prostu zeskanuję moją siostrzenicę i skończę z tym – mówi Kosakowski. Ale po prostu skanowałem, a ona nigdy nie kazała mi przestać. Saxe, pod wrażeniem pracy i determinacji Kosakowskiego, zgodził się przyjąć ją na studia magisterskie. W 2017 roku porzuciła pracę jako kierownik laboratorium i rozpoczęła swój pierwszy semestr jako doktorantka na MIT.

Kanwisher wciąż pamięta, kiedy po raz pierwszy zobaczyła, jak Kosakowski skanuje dziecko w rezonansie magnetycznym. Rozważała współpracę z Kosakowskim i Saxe nad ich badaniem niemowląt, ale początkowo była bardzo sceptyczna. Ten dzieciak piszczy jak szalony. Mama jest zdenerwowana. Cała sprawa jest stresująca. I to trwa i trwa, a Heather się nie poddaje, mówi. Potem — bum. Chmury się rozstępują, dzieciak się uśmiecha, Heather wkłada dziecko do skanera MRI i jak minutę później skanuje piękne dane. Sama wytrwałość, umiejętność jest spektakularna.

Obecne badanie Kosakowskiego koncentruje się na tym, jak mózgi dzieci w wieku od dwóch do dziewięciu miesięcy reagują na krótkie filmy przedstawiające twarze lub ciała – i jak to się różni od ich reakcji na sceny bez ludzi. Jako pierwsza znalazła dowody na tego rodzaju specjalizację u dzieci poniżej piątego roku życia. Informacje, których szuka, można zmierzyć tylko za pomocą fMRI. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego umożliwia naukowcom wykonywanie zdjęć przekrojów mózgu w wysokiej rozdzielczości. Funkcjonalny rezonans magnetyczny dodaje do tego kolejną warstwę, rejestrując obrazy mózgu czynność w czasie rzeczywistym. Kiedy neurony w jednej części mózgu są szczególnie aktywne, przepływ krwi zwiększa się, aby zasilać ten obszar. To pokazuje się jako jasny punkt na skanach fMRI.

Naukowcy spędzili dziesiątki lat przy użyciu fMRI, aby udowodnić, że sekcje mózgu osoby dorosłej są wysoce wyspecjalizowane w określonych zadaniach i dokładnie określić, które obszary są wyspecjalizowane w jakich funkcjach. Umysł i mózg mają całą tę strukturę. Nie jesteśmy tylko ogólnie inteligentni. „Jesteśmy sprytni w bardzo szczególny sposób w bardzo konkretnych rzeczach, które robią ludzie”, mówi Kanwisher. Jeśli spojrzysz na strukturę, zobaczysz ten zestaw dziesiątek obszarów mózgu, z których każdy wykonuje bardzo charakterystyczną, inną rzecz… Nie da się na to spojrzeć i nie zastanawiać się: „Jak ta struktura została okablowana?”

Kiedy dorośli patrzą na twarze, na przykład, część mózgu zwana wrzecionowatym obszarem twarzy lub FFA, zapala się. Innymi słowy, jeśli naukowcy umieszczą dorosłych w aparatach do rezonansu magnetycznego i pokażą im zarówno twarze, jak i przedmioty, FFA zareaguje tylko na twarze. Tymczasem obszar parahipokampowy (PPA) najlepiej reaguje na przedstawienia scen. Sama Kanwisher nazwała FFA po kierowaniu zespołem, który odkrył go w 1997 r., a w 1998 r. poprowadziła starania, aby wskazać i opisać PPA. Wraz z kolegami odkryła również sekcję mózgu znaną jako obszar ciała pozaprążkowego (EBA), który odpowiada mocno do zdjęć części ciała, w 2001 roku.

[Heather] skanuje najmłodszych przebudzonych ludzi, których każdy może zeskanować i pyta, jaka struktura jest w mózgu w ciągu kilku miesięcy od urodzenia, mówi Kanwisher. A to tylko jedno z najbardziej ekscytujących pytań w całej psychologii, neuronauce i głębokiej filozofii: Jaka jest struktura naszych umysłów i skąd się bierze?

Wstępne wyniki badań Kosakowskiego dostarczają jednych z najmocniejszych dowodów na to, że niektóre funkcje naszego mózgu mogą być wrodzone, a nie wyuczone. Kosakowski mówi, że niemowlęta mają również wybiórcze reakcje na twarze, ciała i sceny w FFA, EBA i PPA. Nikt nigdy wcześniej tego nie znalazł. I zupełnie nie spodziewano się, że to znajdziemy.

W tych skanach mózgu przechwyconych przez niemowlę oglądające filmy przedstawiające twarze i sceny, kolor czerwony i żółty pokazują aktywność związaną z oglądaniem twarzy, a kolor niebieski pokazuje aktywność powiązaną ze scenami.

HEATHER KOSAKOWSKI

Jednak pandemia Covid-19 przyniosła swój własny zestaw wyzwań. Sesje fMRI musiały zostać wstrzymane, a ona spędziła większość ostatniego roku analizując swoje dane w domu. Covid-19 wywarł na mnie ogromny wpływ, ponieważ pracuję w domu w pełnym wymiarze godzin, a także jako samotny rodzic – w ten sam sposób, w jaki wpłynął na wiele rodzin z dziećmi, mówi Kosakowski. Ma nadzieję, że będzie miała możliwość zeskanowania większej liczby niemowląt, aby rozpocząć badanie ich przetwarzania słuchowego przed ukończeniem studiów w maju 2022 roku. Jednak sesja Urszuli pod koniec 2019 roku okazuje się być jedną z jej ostatnich szans na zdobycie cennych danych do jej pracy doktorskiej.

Podczas tej sesji Ursula zasnęła w skanerze, ale Kosakowski był w świetnym humorze, gdy wszystko się kończyło. Była prawie pewna, że ​​udało jej się zdobyć dane – a później potwierdziła, że ​​miała rację. Gdy matka Ursuli wyszła, by zmienić fartuch przyjazny dla rezonansu magnetycznego, Kosakowski podniósł oszołomione dziecko i trzymał ją, gdy siedziała przed komputerem. Niewzruszony absolwent ma niesamowitą zdolność uszczęśliwiania i zrelaksowania dzieci — umiejętności, której nie nauczy cię żaden program studiów doktoranckich, ale jest ona nieoceniona, gdy pomaga każda dodatkowa sekunda czystych danych.

W końcu wyciągnęła obraz, którego szukała, wskazując na ekran, gdy wzrok Ursuli podążał za jej palcem. Pewnego dnia dzięki ich wspólnym wysiłkom możemy lepiej zrozumieć, jak Urszula postrzegała obraz przed nią. Wyglądać! Kosakowski powiedział dziecku w jej ramionach. To twój mózg!

ukryć