Hvordan opfatter babyer verden?

Heather Kosakowski holder et spædbarn, som er ved at blive scannet i en fMRI-maskine på McGovern Institute for Brain Research.

Heather Kosakowski holder et spædbarn, som er ved at blive scannet i en fMRI-maskine på McGovern Institute for Brain Research. CAITLIN CUNNINGHAM





Det er Ursulas tredje gang i den funktionelle MR-maskine. Heather Kosakowski, en ph.d.-studerende i kognitiv neurovidenskab, håber på kun at få to dyrebare minutters data fra sin session. Selvom Ursula er blevet booket til at få sin hjerne scannet i to timer, er det langt fra en sikker ting. Hendes første to sessioner, der også var booket til to timer hver, gav kun otte minutters brugbart materiale tilsammen.

Opgaven grænser op til det umulige. Kosakowski har brug for, at Ursula både holder sig vågen og ser projicerede billeder af ansigter og scener, og meget stille, ideelt set i sekunder eller endda minutter ad gangen. Hvert ryk og vrikken slører MR-scanningen, slører billedet og gør det ubrugeligt. Men Ursula har en tendens til at vride sig og så uundgåeligt falde i søvn - præcis hvad du ville forvente af en seks måneder gammel baby.

At scanne spædbørns hjerner, mens de er vågne, er utroligt vanskeligt og tidskrævende, og der er altid en risiko for, at en session ikke producerer nogen data overhovedet. En motiveret voksen er i stand til at forblive helt stille i to timer, hvilket giver hjernebilleder, der kan læses som en åben bog. Ursulas sessioner producerer noget, der ligner en bog, der er blevet revet op og smidt i en flod. Kosakowski, som i fællesskab rådgives af kognitive neurovidenskabsprofessorer Nancy Kanwisher ’80, PhD ’86 og Rebecca Saxe, PhD ’03, skal omhyggeligt fiske de brugbare sektioner ud og sy dem sammen, før hun kan læse historien, de afslører.



Heather er sandsynligvis den mest dygtige person, der lever i dag til at få funktionelle MR-data af høj kvalitet fra spædbørn, siger Kanwisher, professor i kognitiv neurovidenskab ved Walter A. Rosenblith.

Hvis Kosakowski ikke får de to minutters stillbilleder af hjernen, hun har brug for, er det muligt, at Ursulas to tidligere besøg har været for ingenting. Men hvis hun kan få en klar fMRI-aflæsning, vil hun være et skridt tættere på at besvare et af de mest dybtgående spørgsmål inden for moderne neurovidenskab: Hvad er det fysiske grundlag for det menneskelige sind?

En fjern drøm

Kosakowski er ikke fremmed for at overvinde forhindringer. Hendes barndom var præget af den slags ustabilitet, der fik enhver form for videregående uddannelse til at føles uopnåelig. Hendes far var i militæret, så hendes familie flyttede meget rundt. Så blev hendes forældre skilt, og vanskelighederne blev mangedoblet. Da hun var omkring syv, flyttede hun og hendes mor ind på et hjemløse krisecenter, og som 11-årig blev Kosakowski anbragt på plejehjem i det vestlige Massachusetts. At have en bachelorgrad var altid min drøm, siger hun, men hun kalder sit første forsøg på college for en dyster fiasko.



Kosakowski med baby Ursula efter hendes fMRI-scanning.

RACHEL FRITTS

Jeg droppede ud, jeg var hjemløs og havde intet arbejde, og så tømte jeg min bil, og jeg tænkte, hvad skal jeg med mit liv? husker hun. Hun besluttede at gå ind i marinekorpset, men håbede, at hun en dag kunne få et nyt skud på college.

Efter adskillige år i militæret forlod Kosakowski marinesoldaterne og vendte tilbage til Massachusetts, hvor han meldte sig på deltid ved Massachusetts Bay Community College. Måske, tænkte hun, var en bacheloruddannelse alligevel ikke så langt uden for rækkevidde. Hun satte sit syn på Smith College, hvor hun blev indlagt. Men omkring det tidspunkt, hvor hun modtog den nyhed, fik hun også en anden: hun var gravid.



Kosakowski gik ikke på college nogen steder det efterår, men hendes iver efter at lære varede ved. Hendes naturlige nysgerrighed fik afløb i hendes baby, Hannah, som blev født den oktober. Hun så Hannah opleve græs for første gang i foråret, og hun glædede sig over, hvordan hun reagerede på dette mærkelige nye materiale, der dækkede jorden. Mens Hannah udforskede sit miljø, blev Kosakowski ved med at spekulere på, hvordan tingene så ud fra hendes perspektiv. Hvad oplevede hun? Hvordan fik hun mening med verden omkring hende?

Da Hannah var to, fik Kosakowski et job hos en nonprofitorganisation, der arbejdede på at fremskynde forskningen i multipel sklerose, hvilket gav hende mulighed for at deltage i en neurovidenskabskonference. Efter det var jeg lidt hooked, siger hun. Jeg tænkte, okay, det, jeg virkelig gerne vil lave, er forskning, og for at kunne forske, har jeg brug for en grad. Jeg skal tilbage til skolen.

Kosakowski blev optaget på Wellesley College - en skole, hun havde afskrevet år før, fordi den var så konkurrencedygtig. Hun blev fascineret af neurovidenskab og fyldte sine professorer med spørgsmål, indtil en sagde: Heather, nogle af de spørgsmål, du stiller, kender ingen svaret. Du skal tage en ph.d.



Jeg blev bare ved med at scanne

Lige som Kosakowski dimitterede fra Wellesley, ledte Saxe efter en leder til sit laboratorium, som tilfældigvis var et af de eneste laboratorier i verden, der studerede babyer i MR-undersøgelser, mens de er vågne - og derfor en af ​​de eneste, der kunne besvare Kosakowskis spørgsmål om karakteren af ​​spædbørns kognition. Hun søgte stillingen og fik den.

Da hendes plejesøster fik en baby, gik Kosakowski til Saxe og spurgte, om hun kunne lære at bruge fMRI til at scanne spædbarnets hjerne. Jeg tror, ​​hun troede, at jeg bare ville scanne min niece og være færdig med det, siger Kosakowski. Men jeg blev bare ved med at scanne, og hun sagde aldrig til mig, at jeg skulle stoppe. Saxe, imponeret over Kosakowskis arbejde og beslutsomhed, indvilligede i at tage hende som kandidatstuderende. I 2017 forlod hun sit job som laboratoriechef og begyndte sit første semester som ph.d.-kandidat ved MIT.

Kanwisher husker stadig første gang, hun så Kosakowski scanne en baby i MR. Hun overvejede at arbejde sammen med Kosakowski og Saxe om deres spædbørnsstudie, men i starten var hun meget skeptisk. Denne knægt hviner som en sindssyg. Moren er nervøs. Det hele er stressende. Og det bliver ved og ved, og Heather giver ikke op, siger hun. Så – bom. Skyerne skilles, ungen smiler, Heather sætter ungen ind i MR-scanneren, og som et minut senere scanner hun smukke data. Bare vedholdenheden, dygtigheden, er spektakulær.

Kosakowskis nuværende undersøgelse fokuserer på, hvordan hjernen hos babyer, der kun er to til ni måneder gamle, reagerer på korte videoer af ansigter eller kroppe - og hvordan det adskiller sig fra deres reaktion på scener uden mennesker. Hun er den første til at finde beviser for denne form for specialisering hos børn under fem år. Den information, hun leder efter, kan kun måles med fMRI. Magnetisk resonansbilleddannelse giver forskere mulighed for at tage billeder i høj opløsning af tværsnit af hjernen. Funktionel MR tilføjer endnu et lag til dette, optager billeder af hjernen aktivitet i realtid. Når neuroner i en sektion af hjernen er særligt aktive, øges blodgennemstrømningen for at brænde den region. Dette viser sig som et lyspunkt på fMRI-scanninger.

Forskere har brugt årtier på at bruge fMRI for at bevise, at dele af den voksne hjerne er højt specialiserede til bestemte opgaver, og for at finde præcist, hvilke områder der er specialiserede til hvilke funktioner. Sindet og hjernen har al denne struktur. Vi er ikke kun generisk kloge. Vi er kloge på meget bestemte måder med meget bestemte ting, som mennesker gør, siger Kanwisher. Hvis du ser på strukturen, ser du dette sæt af snesevis af regioner i hjernen, der hver især gør en meget karakteristisk, anderledes ting ... Det er umuligt at se på det og ikke spekulere på, 'Hvordan blev den struktur forbundet?'

Når voksne ser på ansigter, for eksempel, lyser en del af hjernen kaldet det fusiforme ansigtsområde eller FFA op. Med andre ord, hvis forskere sætter voksne i MR-maskiner og viser dem billeder af både ansigter og genstande, vil FFA kun reagere på ansigter. Det parahippocampale stedområde (PPA) reagerer i mellemtiden stærkest på skildringer af scener. Kanwisher selv navngav FFA efter at have ledet holdet, der opdagede det i 1997, og hun ledede indsatsen for at udpege og beskrive PPA i 1998. Hun og hendes kolleger opdagede også hjernesektionen kendt som det ekstrastriate body area (EBA), som reagerer stærkt til billeder af kropsdele, i 2001.

[Heather] scanner de yngste vågne mennesker, som alle kan scanne, og spørger, hvilken struktur der er i hjernen inden for et par måneder efter fødslen, siger Kanwisher. Og det er bare et af de mest spændende spørgsmål inden for hele psykologi, neurovidenskab og dyb filosofi: Hvad er strukturen i vores sind, og hvor kommer det fra?

Foreløbige resultater fra Kosakowskis undersøgelse giver nogle af de stærkeste beviser endnu for, at nogle funktioner i vores hjerne kan være medfødte snarere end indlærte. Babyer har også selektive reaktioner for ansigter, kroppe og scener i FFA, EBA og PPA, siger Kosakowski. Det har ingen nogensinde fundet før. Og det var slet ikke forventet, at vi ville finde det.

hjernescanner spædbarn

I disse hjernescanninger taget fra et spædbarn, der ser videoer af ansigter og scener, viser rød og gul aktivitet relateret til at se ansigter, og blå viser aktivitet knyttet til scener.

HEATHER KOSAKOWSKI

Covid-19-pandemien har dog bragt sit eget sæt af udfordringer. fMRI-sessionerne måtte sættes i bero, og hun har brugt meget af det sidste år på at analysere sine data derhjemme. Covid-19 har i høj grad påvirket mig ved, at jeg arbejder hjemmefra på fuld tid og også er enlig forælder – på samme måde som det har påvirket mange familier med børn, siger Kosakowski. Hun håber at få muligheden for at scanne flere spædbørn for at begynde at studere deres auditive behandling, inden hun afslutter sin eksamen i maj 2022. Men Ursulas session i slutningen af ​​2019 viser sig at have været en af ​​hendes sidste chancer for at få værdifulde data til sin afhandling.

I den session var Ursula faldet i søvn i scanneren, men Kosakowski var i højt humør, da den afsluttede. Hun var ret sikker på, at hun havde formået at få dataene - og hun ville senere bekræfte, at hun havde ret. Da Ursulas mor gik for at skifte ud af MR-venlige scrubs, øsede Kosakowski den groggy baby op og holdt hende, mens hun sad foran en computer. Den uforglemmelige kandidatstuderende har en uhyggelig evne til at holde babyer glade og afslappede - en færdighed, som intet ph.d.-program vil lære dig, men en færdighed, der er uvurderlig, når hvert ekstra sekund med rene data hjælper.

Til sidst trak hun det billede op, hun havde ledt efter, og pegede mod skærmen, mens Ursulas blik fulgte hendes finger. En dag, takket være deres kombinerede indsats, vil vi måske have en bedre forståelse af, hvordan Ursula opfattede billedet før hende. Se! Kosakowski fortalte babyen i hendes arme. Det er din hjerne!

skjule