Чем различается мозг разных людей
Люди различаются размером и положением специализированных областей: что из этого следует для метода и чего не следует для отдельного человека
Межиндивидуальная вариативность это устойчивые различия людей в размере, положении и наличии функциональных областей, а не погрешность аппаратуры. Бенсон и коллеги (2022) измерили площадь первичной зрительной коры у 181 человека: от 6,2 см² до 21,8 см², разница в три с половиной раза, и нормировка на площадь всей коры её почти не уменьшает. Отсюда требование к методу: усреднение карт по группе даёт пересечение областей, а не типичный случай.
MIT 9.13, раздел о вариативности · Benson и др., 2022 · Kanai & Rees, 2011 · Boekel и др., 2015 · Fedorenko и др., 2010 · 45 мин · обновлено 01.10.2026
После урока вы сможете
- Различать три вида межиндивидуальной вариативности: по размеру, по положению и по наличию области
- Объяснять, почему усреднение карт по группе не решает проблему вариативности, а создаёт новую
- Читать сходство близнецов как довод о вкладе генетических различий и видеть, о чём оно не говорит
- Отличать утверждение о разбросе между людьми от утверждения об отдельном человеке
- Называть, что требуется проверить, прежде чем примерять связь мозга и поведения на себя
Первичная зрительная кора остаётся самой тщательно измеренной областью человеческого мозга. Её границы определяются по карте зрительного поля, а не по глазомеру исследователя, и ошибиться в них трудно.
Бенсон, Юн, Форензо и коллеги (2022) измерили её у 181 здорового молодого человека по данным ретинотопии высокого поля. Площадь поверхности V1 менялась от 6,2 см² у самого маленького участника до 21,8 см² у самого большого. Разница в три с половиной раза. Нормировка на площадь всей коры разброс почти не уменьшает: дело не в том, что у кого-то мозг крупнее.
И все эти люди видят нормально. Никакой очевидной разницы в зрении между обладателем шести квадратных сантиметров и обладателем двадцати двух нет.
Отсюда вопрос урока. Различия между людьми огромны, они устойчивы и измеримы. Что они предсказывают и почему подавляющее большинство опубликованных ответов на этот вопрос сегодня приходится считать ненадёжными.
Три вида различий
Размер. Пример уже приведён, и он не исключение: для площадей корковых областей разброс в разы обычен. У близнецов площади похожи заметно сильнее: в той же работе внутриклассовая корреляция площади V1 составила 0,84 у монозиготных пар и 0,68 у дизиготных. То есть разброс не случаен и частично связан с генетическими различиями.
Числа о близнецах стоит читать медленно, потому что читают их обычно неверно. В выборку вошли пятьдесят монозиготных пар и тридцать четыре дизиготных. Само по себе высокое сходство внутри монозиготных пар не доказывает ничего: у дизиготных оно тоже высокое, а общими у них бывают не только гены. О вкладе генетических различий говорит зазор между двумя числами. Зазор есть, но невелик, и заметная часть разброса площади им не объясняется. И последнее, что здесь путают чаще всего: наследуемость характеризует признак в популяции, а не человека, и о том, отчего площадь V1 такая у вас, она не говорит. Что стоит за этим словом, разобрано в курсе психологии этой школы (урок 6).
Положение. Одна и та же функциональная область у разных людей лежит по-разному относительно борозд и извилин. Естественно надеяться, что расхождение уйдёт, если аккуратно совместить мозги по анатомии. Фрост и Гёбель (2012) проверили: даже после выравнивания по кривизне коры, снимающего макроанатомическую вариативность, положение функционально определённых областей у разных людей продолжает различаться. Анатомия функцию до конца не предсказывает, и оставшийся разброс это разброс самой функции, а не погрешность совмещения.
Наличие. Область может не найтись вовсе. В работе, которой открывается вся эта тема, зона в веретеновидной извилине, значимо более активная на лица, чем на предметы, была обнаружена у 12 из 15 обследованных (Канвишер, Макдермотт и Чун, 1997). Это часть результата, а не его дефект: у трёх человек стандартная процедура области не выявила, и об этом сообщено честно.
Все три вида различий устойчивы: измерьте того же человека через месяц, и получите примерно то же самое. Значит, перед нами свойство людей, а не свойство аппаратуры. Устойчивость, впрочем, отвечает только на первый вопрос, есть ли что мерить. Что измеренное предсказывает, решается отдельно, и остаток урока о том, как эта вторая половина обычно проваливается.
Почему усреднение по группе не спасает
Стандартный ответ на вариативность выглядит так. Привести всех к общему анатомическому пространству и усреднить карты. Ход кажется безобидным: шум усредняется, сигнал остаётся. Здесь он не безобиден.
Если область у разных людей лежит в разных местах, среднее по группе показывает не типичную область, а пересечение областей. Пятно на групповой карте оказывается меньше, слабее и расположено иначе, чем область у любого конкретного участника. В неудачном случае оно не соответствует ничьей области вовсе. Разброс, кроме того, размывает границы, а размытые границы означают, что в измерение попадает соседняя ткань, занятая другим делом.
Отсюда практика индивидуальных функциональных локализаторов, которую Федоренко и коллеги (2010) перенесли из зрения в исследования языка. Сначала отдельным набором условий находят область у каждого испытуемого поодиночке. Потом измеряют интересующие эффекты внутри его собственной области. И только затем объединяют данные по соответственным областям, а не по соответственным координатам. Функциональная избирательность при этом видна заметно резче, чем на групповых картах.
Вывод методологический и важный: индивидуальные различия здесь не помеха измерению, а условие корректного измерения. Ровно та же мысль о разбросе как о предмете, а не о помехе, стоит в первом уроке курса статистики.
Область определяли у каждого участника отдельно или взяли координаты из атласа и посмотрели, что там? Первое даёт утверждение о собственных областях испытуемых. Второе даёт утверждение о кубике пространства, в который у разных людей попадает разная ткань, и различия между людьми в таком дизайне частично отражают то, насколько удачно им подошёл чужой атлас.
Что различия обещали предсказывать
К началу 2010-х сложилась большая литература одного жанра: объём или площадь некоторой области предсказывает некоторую способность, черту или склонность. Обзор Канаи и Риса (2011) свёл десятки таких находок, от восприятия и моторного контроля до способности к самонаблюдению.
Возьмём для разбора конкретную и красивую. Шварцкопф, Сон и Рис (2011) сообщили, что площадь поверхности V1 отрицательно связана с величиной двух зрительных иллюзий размера: чем больше первичная зрительная кора, тем слабее человек поддаётся иллюзии. Логика привлекательна, ведь большая площадь означает более подробное представительство, а значит, меньше зависимости от контекста. Утверждение проверяемое, и его проверяли. Воспроизвести связь позже не удалось (Ястшембовская и коллеги, препринт 2023, и та же группа в Journal of Vision, 2024). Авторы измерения V1 на 181 человеке отдельно отмечают, что точных характеристик связи размера этих областей с поведением попросту нет, потому что для них потребовались бы очень большие выборки.
Проверка жанра целиком тоже проводилась. Букел и коллеги (2015) заранее зарегистрировали план и попытались воспроизвести 17 структурных связей мозга с поведением, взятых из пяти работ. Для 16 из 17 байесовский анализ дал свидетельство в пользу нулевой гипотезы, а оценки величин оказались заметно ниже исходных.
Важно, чего этот результат не означает. Он не означает, что связей мозга с поведением нет, что структурная МРТ ничего не измеряет и что кто-то подделывал данные. Он означает ровно то, что написано: конкретные опубликованные величины не воспроизвелись, и, следовательно, исходные оценки были завышены.
Вопрос, почему завышены, не о добросовестности, а об устройстве отбора, и разобран он в двадцать первом уроке на работе Марека и коллег (2022). Там же и числа: какая наименьшая связь вообще проходит порог при данном числе участников и какого порядка величины в этой области воспроизводятся. Здесь достаточно вывода. Сообщённую в такой работе величину нельзя принимать за оценку истинной, и никакое количество таких работ этого не исправляет.
От связи между людьми к утверждению о человеке
Допустим теперь, что связь установлена как надо. Тысячи участников, повторение на данных, которые в её получении не участвовали, честно сообщённая величина. Спросим то, о чём в сообщениях не спрашивают никогда. Что из такой связи следует про отдельного человека, про вас, про вашего знакомого, про сидящего перед врачом?
Подсказка стоит в самом начале урока. Площадь первичной зрительной коры различается между людьми в три с половиной раза, и все обследованные видят нормально. Крупное различие в мозге не обязано давать заметное различие в поведении. Обратное тоже верно: у людей с одинаковым баллом по любому тесту мозг устроен по-разному.
Механику стоит проделать руками, она короткая. Коэффициент связи возводят в квадрат, и получается доля разброса одной величины, объяснённая другой. При связи порядка сотых долей объяснённая доля выходит порядка тысячных. Это значит, что распределения людей с большой и с малой областью перекрываются почти полностью. Средние разведены, а отдельный человек по такому показателю не опознаётся.
Отсюда правило, которое стоит держать отдельно от всего прочего. Связь между людьми говорит о распределениях, а не о человеке. «У людей с большей областью X лучше Y» и «раз у вас область X больше, у вас лучше Y» это разные утверждения. Второе из первого не выводится ни при каком объёме выборки. Чтобы говорить о человеке, нужны другие данные: повторные измерения у него самого и проверка предсказания на людях, которых модель не видела.
Именно этой подменой живёт почти весь жанр популярных сообщений о мозге. Результат получают о группе, а рассказывают о читателе. Придирка тут не к формулировке: у сообщения о группе и у сообщения о человеке разные основания, разные способы проверки и разная цена ошибки. Заметьте и то, что подмена не требует ни одной неверной цифры, достаточно поменять подлежащее.
Первый: какова величина связи и какая доля разброса ею объяснена. Второй: проверялось ли предсказание на людях, не участвовавших в подгонке. Иначе заявленная точность завышена по построению. Третий: сколько раз измерили самого человека. Одно измерение содержит и устойчивую его особенность, и шум этого дня, и одним замером их не разделить.
Как теперь читать утверждения о различиях
Пять вопросов, которых достаточно почти всегда. Первый: утверждение о самом разбросе или о том, что этот разброс предсказывает? Первое бывает измерено надёжно, второе требует отдельной проверки. Второй: сколько участников? Двузначное число рядом со связью между людьми обесценивает сообщённую величину. Третий: связь воспроизведена на независимой выборке, не «согласуется с литературой», а именно повторена? Четвёртый: величина связи подозрительно близка к порогу значимости для этой выборки? Если да, перед вами скорее всего результат фильтра, а не измерение. Пятый: область искали по всему мозгу или назвали заранее? Поиск по всему мозгу умножает число проверок на тысячи, и без честной поправки любая находка при малой выборке ожидаема.
И то, что после всей этой критики остаётся в силе. Различия между людьми в размере, положении и наличии областей реальны, устойчивы, частично связаны с генетическими различиями и обязаны учитываться в методе, иначе измеряется чужая ткань под своим названием. Ненадёжны не различия, а конкретный жанр выводов из них: «размер предсказывает черту» на двух десятках участников. Разница между «мы не знаем» и «этого нет» здесь принципиальна, и общий разбор того, сколько людей нужно для какого утверждения, ждёт в уроке 21.
Ключевые работы
| Benson, Yoon, Forenzo, Engel, Kay, Winawer, «Variability of the surface area of the V1, V2, and V3 maps in a large sample of human observers», Journal of Neuroscience 42(46) | 2022 | 181 участник: площадь V1 от 6,2 до 21,8 см², разброс более чем трёхкратный и не объясняется размером мозга. У монозиготных пар площади похожи сильнее, чем у дизиготных. |
| Frost, Goebel, «Measuring structural-functional correspondence: spatial variability of specialised brain regions after macro-anatomical alignment», NeuroImage 59(2) | 2012 | После выравнивания по кривизне коры, снимающего анатомическую вариативность, положение функциональных областей у разных людей всё равно различается. |
| Fedorenko, Hsieh, Nieto-Castañón, Whitfield-Gabrieli, Kanwisher, «New method for fMRI investigations of language: defining ROIs functionally in individual subjects», Journal of Neurophysiology 104(2) | 2010 | Определение областей отдельно у каждого испытуемого и объединение данных по областям, а не по координатам. Функциональная избирательность видна резче, чем на групповых картах. |
| Boekel, Wagenmakers, Belay, Verhagen, Brown, Forstmann, «A purely confirmatory replication study of structural brain-behavior correlations», Cortex 66 | 2015 | Предрегистрированная попытка воспроизвести 17 структурных связей мозга с поведением: для 16 из 17 данные говорят в пользу нулевой гипотезы. |
| Schwarzkopf, Song, Rees, «The surface area of human V1 predicts the subjective experience of object size», Nature Neuroscience 14(1) | 2011 | Сообщена отрицательная связь площади V1 с величиной двух иллюзий размера, а воспроизвести её впоследствии не удалось. |
Что подтвердилось, а что нет
В узкой форме утверждение осмысленно: связи такого рода возможны, и часть из них когда-нибудь будет установлена. А в той форме, в какой оно ходит, нет. Подавляющее большинство конкретных заявлений этого жанра получено на выборках порядка двух десятков человек, и при таком объёме порог значимости проходят только случайно раздутые оценки, тогда как воспроизводимые величины в этой области имеют порядок сотых долей (Марек и др., 2022, арифметика разобрана в двадцать первом уроке). Предрегистрированная проверка 17 таких находок дала свидетельство в пользу нуля для 16 (Букел и др., 2015), а образцовый пример жанра, связь площади V1 с величиной иллюзий размера (Шварцкопф и др., 2011), воспроизвести не удалось. Корректная формулировка: величины, сообщённые в этой литературе, считать оценками истинной силы связи нельзя.
Различия устойчивы при повторном измерении, частично связаны с генетическими различиями (Бенсон и др., 2022) и сохраняются после анатомического выравнивания, снимающего макроанатомическую вариативность (Фрост и Гёбель, 2012). Усреднение их не убирает, а превращает в новую ошибку: групповое пятно есть пересечение областей, а не типичная область, и может не соответствовать области ни у одного участника. Отсюда практика определять область у каждого испытуемого отдельно (Федоренко и др., 2010).
Измерено на 181 участнике: площадь V1 от 6,2 до 21,8 см² (Бенсон, Юн, Форензо и коллеги, 2022). Что это не шум измерения, показано тремя способами сразу. Границы V1 очерчиваются прямым измерением, а не глазомером исследователя. У монозиготных пар площади похожи сильнее, чем у дизиготных, то есть различия частично генетические. И расхождение положения функциональных областей остаётся даже после выравнивания по кривизне коры, снимающего анатомическую вариативность (Фрост и Гёбель, 2012). Отсюда следует метод очерчивать области у каждого отдельно. Отсюда не следует, что размер области предсказывает способность или черту: попытка воспроизвести 17 таких связей дала свидетельство в пользу нуля для шестнадцати (Букел и коллеги, 2015).
Термины
- межиндивидуальная вариативностьinter-individual variability
- Устойчивые различия между людьми в размере, положении и наличии функциональных областей. Свойство людей, а не погрешность аппаратуры.
- площадь поверхности корыcortical surface area
- Площадь развёрнутой корковой ленты, занятая областью. Основная мера размера области. У V1 различается между людьми более чем втрое.
- групповое усреднениеgroup averaging
- Приведение карт всех участников к общему анатомическому пространству с последующим усреднением. При разбросе положения областей даёт пересечение, а не типичный случай.
- индивидуальный функциональный локализаторsubject-specific functional localizer
- Отдельный набор условий, которым область находят у каждого испытуемого поодиночке, чтобы затем измерять эффекты внутри его собственной области.
- исследование связей мозга с поведениемbrain-wide association study
- Поиск корреляций между показателями мозга и показателями поведения по выборке людей. Для воспроизводимости требует тысяч участников.
- инфляция размера эффектаeffect-size inflation
- Систематическое завышение опубликованных величин связи из-за того, что на малой выборке порог значимости проходят только случайно раздутые оценки.
- повторение на независимой выборкеout-of-sample replication
- Проверка найденной связи на данных, не участвовавших в её обнаружении. Единственная защита от подгонки и главный критерий доверия в этой области.
Практикум · Что эта связь говорит про вас
Задача в том, чтобы взять одно утверждение вида «размер области предсказывает черту» и довести его до того, что оно говорит об отдельном человеке. Считать нужно немного, но считать нужно самому. 25-40 минут, нужен калькулятор.
- Найдите публичное утверждение о связи мозга с поведением или чертой: новость, пост, пресс-релиз университета. Годится «у людей с большей амигдалой больше друзей», «объём гиппокампа предсказывает память» и любое подобное.
- Дойдите до первоисточника и выпишите три вещи: объём выборки, сообщённую величину связи и то, проверялась ли находка на данных, не участвовавших в её получении. Если величина не сообщена ни в статье, ни в аннотации, запишите и это. Само по себе показательно.
- Возведите величину связи в квадрат. Получится доля разброса, объяснённая этой связью. Запишите рядом вторую долю, ту, что осталась необъяснённой. Именно она определяет, что можно сказать об отдельном человеке.
- Напишите два предложения об одном человеке, у которого область больше средней: что из работы про него следует и что не следует. Сравните длину этих двух предложений.
- Найдите в исходном сообщении место, где утверждение о группе превращается в утверждение о читателе. Выпишите эту фразу и перепишите её так, чтобы подлежащее осталось прежним.
Вопросы для самопроверки
Площадь первичной зрительной коры различается между людьми в три с половиной раза, и все обследованные видят нормально. Что отсюда следует?
- Что измерение площади первичной зрительной коры ненадёжно: разброс в три с половиной раза это погрешность метода, а не свойство людей
- Что размер корковой области ни на что не влияет: все обследованные видят нормально, значит, площадь коры для зрения безразлична
- Что вариативность велика сама по себе, а связь размера с поведением это отдельное утверждение, требующее отдельной проверки
- Что зрение обеспечивается не первичной зрительной корой, а областями выше по маршруту
Внутриклассовая корреляция площади V1 составила 0,84 у монозиготных пар близнецов и 0,68 у дизиготных. Что отсюда следует?
- Что площадь V1 наследуется практически полностью
- Что близнецовые данные для таких оценок не годятся
- Что сходство внутри пары измерено недостаточно надёжно
- О вкладе генетических различий говорит зазор между двумя числами, а он оставляет большую часть разброса необъяснённой
Предрегистрированная попытка воспроизвести 17 структурных связей мозга с поведением дала свидетельство в пользу нулевой гипотезы для 16 из них. Что это означает и чего не означает?
- Означает, что исходные оценки были завышены, но не означает, что связей мозга с поведением не существует
- Означает, что структурная МРТ измеряет мозг неверно и полученные ею показатели вообще нельзя использовать в таких работах
- Означает, что авторы исходных работ подделывали данные или отбирали их под заранее нужный им результат
- Означает, что мозг и поведение не связаны, и искать такие связи бессмысленно
Связь размера некоторой области с чертой характера установлена как надо: тысячи участников, повторение на независимых данных, величина порядка сотых долей. Что из неё следует про отдельного человека?
- Что по размеру этой области можно оценить выраженность черты у него с известной точностью
- Почти ничего: доля объяснённого разброса ничтожна, и распределения перекрываются почти полностью
- Что связь установлена ошибочно: при такой величине говорить о связи вообще нельзя, сколько бы участников ни набрали
- Ничего: связи между людьми и утверждения о человеке это разные предметы, поэтому первые для читателя бесполезны
Карты активности двадцати участников привели к общему анатомическому пространству и усреднили, и получилось компактное пятно. Какая опасность здесь есть?
- Никакой: усреднение всегда улучшает оценку, потому что случайный шум отдельных участников гасится, а общее для всех проступает отчётливее
- Пятно обязательно смещается в левое полушарие из-за особенностей выравнивания
- Пятно доказывает, что область присутствует у всех двадцати участников без исключения
- Пятно может не соответствовать области ни у одного участника: при разбросе положения среднее показывает пересечение, а не типичный случай
Ответы и разбор открываются в самопроверке урока: она считает результат и отмечает урок пройденным. Пройти самопроверку.
Что читать
- Ryota Kanai, Geraint Rees, «The structural basis of inter-individual differences in human behaviour and cognition», Nature Reviews Neuroscience, 2011: Обзор, сводящий десятки находок жанра «размер области предсказывает способность». Читать вместе со следующим пунктом: сначала список находок, потом попытка их воспроизвести.
- Wouter Boekel и др., «A purely confirmatory replication study of structural brain-behavior correlations», Cortex, 2015: Предрегистрированная репликация целого жанра. Стоит посмотреть таблицу с исходными и повторными оценками: она убедительнее любого пересказа.
- Noah Benson и др., «Variability of the surface area of the V1, V2, and V3 maps in a large sample of human observers», Journal of Neuroscience, 2022: Аккуратное измерение разброса на 181 человеке, с честной оговоркой авторов о том, почему связь размера с поведением они не заявляют.