Résumé: Alors que la neuroimagerie peut être une norme dans la recherche en neurosciences et en psychologie, une nouvelle étude indique que les chercheurs sous-estiment grossièrement la taille de l’échantillon d’étude nécessaire pour qu’une étude de neuroimagerie produise des résultats fiables.
Police de caractère: université de pittsburgh
Que faut-il pour connaître une personne ?
Si vous avez vu comment un ami agit dans différents domaines de sa vie, vous pouvez raisonnablement dire que vous savez qui il est. Comparez cela à regarder une interview de célébrité ; peut-être pouvez-vous revendiquer une certaine connaissance à leur sujet, mais une seule observation d’un étranger ne peut vous en dire beaucoup.
Cependant, une idée similaire, selon laquelle un seul instantané d’un cerveau peut révéler la personnalité ou la santé mentale d’un individu, a été à la base de décennies d’études en neurosciences.
Cette approche a été ponctuée par un article dans La nature plus tôt cette année, montrant que les scientifiques ont largement sous-estimé l’ampleur que ces études doivent avoir pour produire des résultats fiables.
“Plus nous en apprenons sur qui nous sommes en tant que personnes, plus nous apprenons qu’en moyenne, nous sommes beaucoup plus similaires que différents, donc comprendre ces différences est vraiment difficile”, a déclaré Brenden Tervo-Clemmens (A&S ’21G) , maintenant boursier postdoctoral au Massachusetts General Hospital et à la Harvard Medical School, qui a codirigé la recherche multi-institutionnelle en tant que doctorant en psychologie clinique à Pitt.
Au centre de la recherche se trouvent les scanners cérébraux IRM (imagerie par résonance magnétique). Bien qu’ils soient inestimables pour diagnostiquer les affections cérébrales, les chercheurs les ont également utilisés pour établir des liens entre la structure cérébrale d’une personne et certains aspects de sa personnalité et de sa santé mentale.
Tervo-Clemmens et ses collègues appellent cette technique des analyses d’association du cerveau entier, ou BWAS, en un clin d’œil aux études “GWAS” qui tentent de démêler les effets souvent infimes des gènes à partir d’ensembles de données massifs. (comme on le voit dans les titres scientifiques douteux annonçant “un gène de la dépression” ou “un gène de l’intelligence”).
“L’approche est similaire : voici un profil biologique de vous, dans quelle mesure pouvons-nous déterminer la complexité de votre expérience humaine ?” dit Tervo-Clemmens. “Et la réponse n’est généralement pas très bonne.”
Une étude typique de ce type comprendrait environ 25 participants, en partie en raison du coût élevé des analyses. Mais Tervo-Clemmens et ses collègues ont montré que les scientifiques auraient besoin de scanner le cerveau de plus de 1 000 personnes pour s’assurer que les connexions qu’ils trouvent ne sont pas qu’un mirage statistique.
Pour parvenir à cette conclusion, il a fallu adopter une vision beaucoup plus large du domaine que ce qui était possible jusqu’à récemment. Avec des collègues de plusieurs institutions, ainsi que son conseiller, le professeur de psychiatrie Pitt Beatriz Luna, Tervo-Clemmens a combiné trois études récentes accessibles au public qui, ensemble, comprenaient des données IRM d’environ 50 000 participants.
À l’aide de cet énorme corpus d’informations, l’équipe a simulé le processus scientifique, en sélectionnant au hasard des groupes d’examens comme s’il s’agissait de patients recrutés pour une étude. En répétant ce processus maintes et maintes fois, les chercheurs ont pu déterminer la probabilité qu’un certain nombre d’analyses produise un résultat trompeur simplement par hasard, et combien de participants sont nécessaires pour qu’une étude soit fiable.
Toutes les enquêtes ne nécessitent pas 1 000 scanners cérébraux, ont-ils montré. “Si le but est simplement de comprendre quelque chose comme l’organisation générale du cerveau, parfois nous n’avons besoin que de 10 à 20 participants pour le faire”, a déclaré Tervo-Clemmens. C’est uniquement parce qu’un seul scanner cérébral révèle si peu de choses sur la personnalité et la santé mentale d’une personne que les chercheurs ont besoin d’une grande quantité de données avant que ces traits complexes ne commencent à se démarquer de manière fiable du bruit statistique.
Amplifier ce problème est une erreur bien connue dans la science du 21e siècle : les chercheurs sont souvent récompensés pour la publication de résultats qui montrent de nouvelles connexions intéressantes, plutôt que des découvertes moins glamour qui suggèrent l’absence de connexion.
Les derniers résultats sont moins susceptibles d’être publiés et plus susceptibles de languir sur un disque dur. Ainsi, non seulement les petites études d’imagerie sont plus susceptibles de “découvrir” un lien qui n’existe pas vraiment, mais ces mêmes études trompeuses reçoivent également une attention disproportionnée.
Tervo-Clemmens s’empresse de souligner que l’article de Nature n’était pas destiné à appeler l’ensemble du domaine. Les neuroscientifiques et les psychologues ont résolu avec succès des questions sur la personnalité et la santé mentale en utilisant une variété d’autres techniques. Et les scanners cérébraux à eux seuls sont très efficaces pour diagnostiquer les conditions et brosser un tableau plus large du fonctionnement du cerveau. Lorsque les scientifiques combinent les deux, réduisant les complexités d’une personne en une seule image, ils échouent.
“Nous pouvons compter sur moins d’une main le nombre de ces études qui ont été surveillées et font vraiment avancer le traitement”, a-t-il déclaré. “Dans mon propre domaine, une étude pourrait montrer qu’une fonction accrue d’une région particulière du cerveau est liée à davantage de symptômes, mais vous pouvez presque certainement trouver une autre étude montrant l’effet opposé.”
Bien qu’il se concentre maintenant principalement sur les troubles psychiatriques et liés à l’utilisation de substances chez les adolescents, Tervo-Clemmens ne correspond à aucune des deux catégories en tant que chercheur. “Je suis une sorte de psychologue, une sorte de statisticien et une sorte de neuroscientifique”, a-t-il déclaré. C’est cette perspective, explique-t-il, qui l’aide à faire le genre d’enquête critique large comme cette étude actuelle, ainsi que son éducation transfrontalière à Pitt.
Il a vu des patients en tant qu’étudiant au doctorat en psychologie clinique tout en se formant dans des programmes interdisciplinaires comme le Center for the Neural Basis of Cognition, des expériences qu’il attribue comme encourageant l’étendue de la recherche. “Je pense que ce niveau d’intégration est ce qui rend Pitt si incroyable en tant qu’étudiant diplômé”, a-t-il déclaré.
Le résultat a été une étude qui a déjà fait sensation parmi d’autres scientifiques. Un classique instantané, l’article et sa version de prépublication ont déjà été cités par plus de 250 articles scientifiques.
Alors, où cela laisse-t-il le champ?
Premièrement, a déclaré Tervo-Clemmens, les petites études du passé doivent être réexaminées pour voir si leurs résultats résistent à un examen plus approfondi. En ce qui concerne les recherches futures, une solution consisterait simplement à élargir les études par balayage cérébral de comportements complexes afin qu’elles résistent à un examen statistique. Mais il existe une autre voie possible, où les chercheurs trouvent des moyens d’étudier les patients au fil du temps et dans différents contextes pour obtenir une image plus complète de leur identité.
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“Nous devons aligner nos recherches sur la façon dont nous pensons et comprenons généralement les êtres humains”, a déclaré Tervo-Clemmens. « C’est un défi de coût et d’économie. Mais je pense aussi que c’est celui qui finira par payer.”
C’est comme une crise de croissance pour une ligne de recherche qui n’a que quelques décennies : stressante et pleine d’incertitude, mais aussi un signe que le domaine se dirige vers des directions nouvelles et passionnantes.
À propos de cette actualité de la recherche en neuroimagerie et neurosciences
Auteur: Nicolas France
Police de caractère: université de pittsburgh
Contact: Nicolas France – Université de Pittsburgh
Image: L’image est dans le domaine public.
recherche originale : Libre accès.
“Les études reproductibles d’association sur le cerveau entier nécessitent des milliers d’individus” par Brenden Tervo-Clemmens et al. La nature
résumé
Des études reproductibles d’association sur le cerveau entier nécessitent des milliers d’individus
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) a transformé notre compréhension du cerveau humain grâce à une cartographie bien répliquée des capacités à des structures spécifiques (par exemple, les études de lésions) et des fonctions (par exemple, l’IRM fonctionnelle basée sur les tâches (fMRI)). La recherche et les soins en santé mentale n’ont pas encore fait de progrès similaires grâce à l’IRM.
Un défi majeur a été de reproduire les associations entre les différences interindividuelles dans la structure ou la fonction cérébrale et les phénotypes complexes de santé cognitive ou mentale (études d’association du cerveau entier (BWAS)). Ces BWAS ont généralement été basés sur des tailles d’échantillons appropriées pour la cartographie cérébrale classique (la taille médiane de l’échantillon d’étude de neuroimagerie est d’environ 25), mais potentiellement trop petites pour capturer des associations reproductibles de phénotype et de comportement cérébraux.
Ici, nous utilisons trois des plus grands ensembles de données de neuroimagerie actuellement disponibles, avec une taille d’échantillon totale d’environ 50 000 individus, pour quantifier les tailles d’effet BWAS et la reproductibilité en fonction de la taille de l’échantillon. Les associations BWAS étaient plus petites qu’on ne le pensait auparavant, ce qui a entraîné des études sous-alimentées, des tailles d’effet gonflées et des échecs de réplication à des tailles d’échantillon typiques.
À mesure que la taille des échantillons augmentait à des milliers, les taux de réplication ont commencé à s’améliorer et l’inflation de la taille d’effet a diminué. Des effets BWAS plus forts ont été détectés pour l’IRM fonctionnelle (vs. structurelle), les tests cognitifs (vs. les questionnaires de santé mentale) et les méthodes multivariées (vs. univariées). Des associations cerveau-phénotype plus petites que prévu et la variabilité entre les sous-échantillons de population peuvent expliquer les échecs de réplication généralisés de BWAS.
Contrairement aux approches non-BWAS avec des effets plus importants (par exemple, blessure, intervention et intra-personne), la reproductibilité du BWAS nécessite des échantillons avec des milliers d’individus.