Para ser precisos, los estudios cerebrales de comportamientos complejos requieren miles de personas
Los científicos confían en los estudios de asociación de todo el cerebro para medir la estructura y el funcionamiento del cerebro mediante escáneres cerebrales y vincularlos con enfermedades mentales y otros comportamientos complejos. Pero un estudio realizado por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis y la Universidad de Minnesota, publicado el 16 de marzo en Nature, muestra que la mayoría de los estudios de asociación cerebral publicados se realizan con muy pocos participantes para producir hallazgos confiables. Crédito: Alex Berdis
A medida que los escáneres cerebrales se han vuelto más detallados e informativos en las últimas décadas, las neuroimágenes parecen prometer una forma para que los médicos y científicos «vean» lo que está mal dentro de los cerebros de las personas con enfermedades mentales o condiciones neurológicas. Dichas imágenes han revelado correlaciones entre la anatomía o función del cerebro y la enfermedad, lo que sugiere posibles nuevas formas de diagnosticar y tratar afecciones psiquiátricas, psicológicas y neurológicas. Pero la promesa aún tiene que convertirse en realidad, y un nuevo estudio explica por qué: los resultados de la mayoría de los estudios no son confiables porque involucraron a muy pocos participantes.
Los científicos confían en los estudios de asociación de todo el cerebro para medir la estructura y el funcionamiento del cerebro mediante resonancias magnéticas cerebrales y relacionarlos con características complejas como la personalidad, el comportamiento, la cognición, las afecciones neurológicas y las enfermedades mentales. Pero un estudio realizado por investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis y la Universidad de Minnesota, publicado el 16 de marzo en Nature, muestra que la mayoría de los estudios de asociación cerebral publicados se realizan con muy pocos participantes para producir hallazgos confiables.
Usando conjuntos de datos disponibles públicamente que involucran un total de casi 50,000 participantes, los investigadores analizaron una variedad de tamaños de muestra y descubrieron que los estudios de asociación de todo el cerebro necesitan miles de individuos para lograr una mayor reproducibilidad. Los estudios típicos de asociación de todo el cerebro involucran solo a un par de docenas de personas.
Los llamados estudios de bajo poder son susceptibles de descubrir asociaciones fuertes pero espurias por casualidad, mientras que pasan por alto asociaciones reales pero más débiles. Los estudios de asociación de todo el cerebro rutinariamente poco potentes dan como resultado una gran cantidad de hallazgos sorprendentemente sólidos pero irreproducibles que retrasan el progreso hacia la comprensión de cómo funciona el cerebro, dijeron los investigadores.
«Nuestros hallazgos reflejan un problema estructural sistémico con estudios que están diseñados para encontrar correlaciones entre dos cosas complejas, como el cerebro y el comportamiento», dijo el autor principal Nico Dosenbach, MD, Ph.D., profesor asociado de neurología en la Universidad de Washington. «No es un problema de ningún investigador o estudio individual. Ni siquiera es exclusivo de las neuroimágenes. El campo de la genómica descubrió un problema similar hace aproximadamente una década con datos genómicos y tomó medidas para abordarlo. Los NIH (Institutos Nacionales de Salud) comenzaron financiar mayores esfuerzos de recopilación de datos y exigir que los datos se compartan públicamente, lo que reduce el sesgo y, como resultado, la ciencia del genoma ha mejorado mucho. A veces, solo hay que cambiar el paradigma de la investigación. La genómica nos ha mostrado el camino».
El primer autor Scott Marek, Ph.D., profesor de psiquiatría en la Universidad de Washington, y el coprimer autor Brenden Tervo-Clemmens, Ph.D., investigador postdoctoral en el Hospital General de Massachusetts/Escuela de Medicina de Harvard, se dieron cuenta de que algo andaba mal con la forma en que se llevan a cabo los estudios de asociación en todo el cerebro cuando no pudieron replicar los resultados de su propio estudio.
«Estábamos interesados en descubrir cómo se representa la capacidad cognitiva en el cerebro», dijo Marek sa identificación. «Ejecutamos nuestro análisis en una muestra de 1,000 niños y encontramos una correlación significativa y dijimos, ‘¡Genial!’ Pero luego pensamos: ‘¿Podemos reproducir esto en otros mil niños?’ Y resultó que no pudimos. Simplemente me sorprendió porque una muestra de mil debería haber sido lo suficientemente grande. Estábamos rascándonos la cabeza, preguntándonos qué estaba pasando».
Para identificar problemas con estudios de asociación de todo el cerebro, el equipo de investigación, que incluye a Dosenbach, Marek, Tervo-Clemmens, el coautor principal Damien A. Fair, Ph.D., director del Instituto Masónico para el Cerebro en Desarrollo de la Universidad de Minnesota, y otros comenzaron por accediendo a los tres conjuntos de datos de neuroimagen más grandes: el Estudio de Desarrollo Cognitivo del Cerebro Adolescente (11 874 participantes), el Proyecto Conectoma Humano (1200 participantes) y el Biobanco del Reino Unido (35 375 participantes). Luego, analizaron los conjuntos de datos en busca de correlaciones entre las características del cerebro y una variedad de medidas demográficas, cognitivas, de salud mental y de comportamiento, utilizando subconjuntos de varios tamaños. Usando subconjuntos separados, intentaron replicar cualquier correlación identificada. En total, realizaron miles de millones de análisis, respaldados por los poderosos recursos informáticos del Instituto Masónico del Cerebro en Desarrollo de Fair.
Los investigadores encontraron que las correlaciones entre el cerebro y el comportamiento se identificaron usando un tamaño de muestra de 25, el tamaño medio de la muestra en los artículos publicados generalmente no se replicaron en una muestra separada. A medida que el tamaño de la muestra creció a miles, las correlaciones se volvieron más probables de reproducirse.
Además, la fuerza estimada de la correlación, una medida conocida como tamaño del efecto, tendía a ser mayor para las muestras más pequeñas. Los tamaños del efecto se escalan de 0 a 1, siendo 0 sin correlación y 1 con correlación perfecta. Un tamaño del efecto de 0,2 se considera bastante fuerte. A medida que aumentaba el tamaño de las muestras y las correlaciones se volvían más reproducibles, los tamaños del efecto disminuían. La mediana del tamaño del efecto reproducible fue de 0,01. Sin embargo, los artículos publicados sobre estudios de asociación en todo el cerebro informan rutinariamente tamaños del efecto de 0,2 o más.
En retrospectiva, debería haber sido obvio que los tamaños del efecto informados eran demasiado altos, dijo Marek.
«Puedes encontrar tamaños de efecto de 0,8 en la literatura, pero nada en la naturaleza tiene un tamaño de efecto de 0,8», dijo Marek. «La correlación entre la altura y el peso es de 0,4. La correlación entre la altitud y la temperatura diaria es de 0,3. Esas son correlaciones fuertes, obvias y fáciles de medir, y no se acercan a 0,8. Entonces, ¿por qué pensamos que la correlación entre dos cosas complejas, como la función cerebral y la depresión, ¿sería 0.8? Eso no pasa la prueba del olfato».
Los estudios de neuroimágenes son costosos y consumen mucho tiempo. Una hora en una máquina de resonancia magnética puede costar $1,000. Ningún investigador individual tiene el tiempo o el dinero para escanear a miles de participantes para cada estudio. Pero si todos los datos de múltiples estudios pequeños se agruparan y analizaran juntos, incluidos los resultados estadísticamente insignificantes y tamaños de efecto minúsculos, el resultado probablemente se aproximaría a la respuesta correcta, dijo Dosenbach.
«El futuro del campo ahora es brillante y se basa en la ciencia abierta, el intercambio de datos y el intercambio de recursos entre instituciones para que grandes conjuntos de datos estén disponibles para cualquier científico que quiera usarlos», dijo Fair. «Este mismo artículo es un ejemplo asombroso de eso».
Dosenbach, también profesor asociado de ingeniería biomédica, terapia ocupacional, pediatría y radiología, agregó: «Hay muchas promesas para este tipo de trabajo en términos de encontrar soluciones para las enfermedades mentales y simplemente comprender cómo funciona la mente. La gran noticia es que hemos identificado una razón principal por la que las imágenes cerebrales aún no han cumplido su promesa de revolucionar la atención de la salud mental. El trabajo representa una importante punto de inflexión para vincular la actividad cerebral y el comportamiento, al definir claramente no solo los obstáculos anteriores, sino también los nuevos y prometedores caminos a seguir».
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Más alcohol, menos cerebro: un estudio encuentra una asociación que comienza con un promedio de solo una bebida al día miles de individuos, Naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04492-9. www.nature.com/articles/s41586-022-04492-9 Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Facultad de medicina de la Universidad de Washington Cita: Para mayor precisión, cerebro los estudios de comportamiento complejo requieren miles de personas (2022, 16 de marzo) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-accuracy-brain-complex-behavior-require.html Este documento está sujeto a derechos de autor . Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.