Hvordan oppfatter babyer verden?

Heather Kosakowski holder et spedbarn som er i ferd med å bli skannet i en fMRI-maskin ved McGovern Institute for Brain Research. CAITLIN CUNNINGHAM

Det er Ursulas tredje gang i den funksjonelle MR-maskinen. Heather Kosakowski, en doktorgradsstudent i kognitiv nevrovitenskap, håper å få bare to verdifulle minutter med data fra økten hennes. Selv om Ursula har fått påbud om å få hjerneskannet i to timer, er det langt fra sikkert. Hennes to første økter, også bestilt for to timer hver, ga bare åtte minutter med brukbart materiale til sammen.

Oppgaven grenser til det umulige. Kosakowski trenger at Ursula holder seg både våken, ser på projiserte bilder av ansikter og scener, og veldig stille, ideelt sett i sekunder eller til og med minutter av gangen. Hvert rykk og vrikk gjør MR-skanningen uskarp, skjuler bildet og gjør det ubrukelig. Men Ursula har en tendens til å vri seg og så, uunngåelig, sovne – akkurat det du forventer av en seks måneder gammel baby.

Å skanne spedbarns hjerner mens de er våkne er utrolig vanskelig og tidkrevende, og det er alltid en risiko for at en økt ikke produserer data i det hele tatt. En motivert voksen er i stand til å holde seg helt stille i to timer, og gi hjernebilder som kan leses som en åpen bok. Ursulas økter produserer noe som ligner mer på en bok som har blitt revet opp og kastet i en elv. Kosakowski, som rådes i fellesskap av kognitive nevrovitenskapsprofessorer Nancy Kanwisher ’80, PhD ’86 og Rebecca Saxe, PhD ’03, må nøye fiske ut de brukbare delene og sy dem sammen før hun kan lese historien de avslører.

Heather er sannsynligvis den mest dyktige personen i dag til å få funksjonelle MR-data av høy kvalitet fra spedbarn, sier Kanwisher, professor ved Walter A. Rosenblith i kognitiv nevrovitenskap.

Hvis Kosakowski ikke får de to minuttene med stillbilder av hjernen hun trenger, er det mulig Ursulas to tidligere besøk har vært for ingenting. Men hvis hun kan få en klar fMRI-avlesning, vil hun være et skritt nærmere å svare på et av de mest dyptgripende spørsmålene innen moderne nevrovitenskap: Hva er den fysiske grunnmuren til menneskesinnet?

En fjern drøm

Kosakowski er ikke fremmed for å overvinne hindringer. Barndommen hennes var preget av den typen ustabilitet som gjorde at enhver form for høyere utdanning føltes uoppnåelig. Faren hennes var i militæret, så familien hennes flyttet mye rundt. Så ble foreldrene skilt, og vanskelighetene ble mangedoblet. Da hun var rundt syv, flyttet hun og moren inn i et krisesenter for hjemløse, og som 11-åring ble Kosakowski satt i fosterhjem i vestlige Massachusetts. Å ha en bachelorgrad var alltid drømmen min, sier hun, men hun kaller sitt første forsøk på college en dyster fiasko.

Kosakowski med babyen Ursula etter hennes fMRI-skanning.

RACHEL FRITTS

Jeg droppet ut, jeg var hjemløs og hadde ingen jobb, og så tok jeg bilen min og tenkte, hva skal jeg gjøre med livet mitt? minnes hun. Hun bestemte seg for å gå inn i Marine Corps, men håpet at hun en dag kunne få en ny sjanse på college.

Etter flere år i militæret forlot Kosakowski Marines og returnerte til Massachusetts, og meldte seg på deltid ved Massachusetts Bay Community College. Kanskje, tenkte hun, en bachelorgrad ikke var så langt utenfor rekkevidde likevel. Hun rettet blikket mot Smith College, hvor hun ble innlagt. Men rundt den tiden hun fikk den nyheten, fikk hun også en annen: hun var gravid.

Kosakowski gikk ikke på college noe sted den høsten, men hennes iver etter å lære vedvarte. Hennes naturlige nysgjerrighet fant utløp i babyen hennes, Hannah, som ble født den oktober. Hun så Hannah oppleve gress for første gang på våren, og gledet seg over hvordan hun reagerte på dette merkelige nye materialet som dekket bakken. Mens Hannah utforsket miljøet sitt, lurte Kosakowski stadig på hvordan ting så ut fra hennes perspektiv. Hva opplevde hun? Hvordan fikk hun mening om verden rundt henne?

Da Hannah var to, fikk Kosakowski jobb i en ideell organisasjon som jobbet for å fremskynde forskningen på multippel sklerose, noe som ga henne muligheten til å delta på en nevrovitenskapskonferanse. Etter det ble jeg litt hekta, sier hun. Jeg tenkte, ok, det jeg virkelig ønsker å gjøre er forskning, og for å kunne forske trenger jeg en grad. Jeg må tilbake til skolen.

Kosakowski ble tatt opp på Wellesley College - en skole hun hadde skrevet av år før fordi den var så konkurransedyktig. Hun ble fascinert av nevrovitenskap, og peprede professorene sine med spørsmål til en sa: Heather, noen av spørsmålene du stiller, vet ingen svaret. Du bør ta en doktorgrad.

Jeg fortsatte bare å skanne

Akkurat da Kosakowski ble uteksaminert fra Wellesley, lette Saxe etter en leder for laboratoriet hennes, som tilfeldigvis var et av de eneste laboratoriene i verden som studerer babyer i MR mens de er våkne – og følgelig en av de eneste som kunne svare på Kosakowskis spørsmål om spedbarns kognisjons natur. Hun søkte på stillingen og fikk den.

Da fostersøsteren hennes fikk en baby, dro Kosakowski til Saxe og spurte om hun kunne lære å bruke fMRI for å skanne spedbarnets hjerne. Jeg tror hun trodde jeg bare skulle skanne niesen min og være ferdig med det, sier Kosakowski. Men jeg fortsatte å skanne, og hun ba meg aldri slutte. Saxe, imponert over Kosakowskis arbeid og besluttsomhet, gikk med på å ta henne som hovedfagsstudent. I 2017 forlot hun jobben som laboratorieleder og begynte på sitt første semester som ph.d.-kandidat ved MIT.

Kanwisher husker fortsatt første gang hun så Kosakowski skanne en baby i MR. Hun vurderte å jobbe med Kosakowski og Saxe på spedbarnsstudiet deres, men først var hun svært skeptisk. Denne ungen skriker som en gal. Moren er nervøs. Det hele er stressende. Og dette fortsetter og fortsetter, og Heather gir seg ikke, sier hun. Så – bom. Skyene skiller seg, ungen smiler, Heather setter ungen inn i MR-skanneren, og som et minutt senere skanner hun vakre data. Bare utholdenheten, ferdigheten, er spektakulær.

Kosakowskis nåværende studie fokuserer på hvordan hjernen til babyer bare to til ni måneder gamle reagerer på korte videoer av ansikter eller kropper – og hvordan det skiller seg fra deres respons på scener uten mennesker. Hun er den første som finner bevis på denne typen spesialisering hos barn under fem år. Informasjonen hun er ute etter kan bare måles med fMRI. Magnetisk resonansavbildning lar forskere ta høyoppløselige bilder av tverrsnitt av hjernen. Funksjonell MR legger et nytt lag til dette, og tar opp bilder av hjernen aktivitet i virkeligheten. Når nevroner i en del av hjernen er spesielt aktive, øker blodstrømmen for å gi energi til den regionen. Dette viser seg som et lyspunkt på fMRI-skanninger.

Forskere har brukt flere tiår på å bruke fMRI for å bevise at deler av den voksne hjernen er høyt spesialiserte for visse oppgaver, og for å finne nøyaktig hvilke områder som er spesialiserte for hvilke funksjoner. Sinnet og hjernen har all denne strukturen. Vi er ikke bare generisk smarte. Vi er smarte på veldig spesielle måter når det gjelder veldig spesielle ting som mennesker gjør, sier Kanwisher. Hvis du ser på strukturen, ser du dette settet med dusinvis av regioner i hjernen, hver som gjør en veldig særegen, forskjellig ting ... Det er umulig å se på det og ikke lure på: 'Hvordan ble den strukturen koblet til?'

Når voksne ser på ansikter, for eksempel, lyser en del av hjernen som kalles det fusiforme ansiktsområdet, eller FFA. Med andre ord, hvis forskere setter voksne i MR-maskiner og viser dem bilder av både ansikter og gjenstander, vil FFA kun svare på ansikter. Det parahippocampale stedsområdet (PPA) reagerer i mellomtiden sterkest på skildringer av scener. Kanwisher kalte selv FFA etter å ha ledet teamet som oppdaget det i 1997, og hun ledet arbeidet med å finne og beskrive PPA i 1998. Hun og hennes kolleger oppdaget også hjerneseksjonen kjent som det ekstrastriate body area (EBA), som reagerer sterkt til bilder av kroppsdeler, i 2001.

[Heather] skanner de yngste våkne menneskene som hvem som helst kan skanne og spør hvilken struktur som er i hjernen innen noen få måneder etter fødselen, sier Kanwisher. Og det er bare et av de mest spennende spørsmålene i hele psykologi, nevrovitenskap og dyp filosofi: Hva er strukturen til sinnet vårt og hvor kommer det fra?

Foreløpige resultater fra Kosakowskis studie gir noen av de sterkeste bevisene til nå på at noen funksjoner i hjernen vår kan være medfødt i stedet for lært. Babyer har også selektive responser for ansikter, kropper og scener i FFA, EBA og PPA, sier Kosakowski. Ingen har noen gang funnet det før. Og det var helt ikke forventet at vi skulle finne det.

I disse hjerneskanningene tatt fra et spedbarn som ser på videoer av ansikter og scener, viser rødt og gult aktivitet knyttet til å se ansikter, og blå viser aktivitet knyttet til scener.

HEATHER KOSAKOWSKI

Covid-19-pandemien har imidlertid gitt sine egne utfordringer. fMRI-øktene måtte settes på vent, og hun har brukt mye av det siste året på å analysere dataene sine hjemme. Covid-19 har påvirket meg i stor grad ved at jeg jobber hjemmefra på heltid og også aleneforelder – på samme måte som det har påvirket mange barnefamilier, sier Kosakowski. Hun håper å få muligheten til å skanne flere spedbarn for å begynne å studere deres auditive prosessering før hun ble uteksaminert i mai 2022. Men Ursulas sesjon på slutten av 2019 viser seg å ha vært en av hennes siste sjanser til å få verdifulle data til avhandlingen hennes.

I den økten hadde Ursula sovnet i skanneren, men Kosakowski var på topp da den ble avsluttet. Hun var ganske sikker på at hun hadde klart å få tak i dataene – og hun ville senere bekrefte at hun hadde rett. Da moren til Ursula dro for å bytte ut MR-vennlig skrubb, tok Kosakowski opp den groggy babyen og holdt henne mens hun satt foran en datamaskin. Den uforglemmelige gradstudenten har en forbløffende evne til å holde babyer glade og avslappede – en ferdighet som ingen doktorgradsprogram vil lære deg, men en som er uvurderlig når hvert ekstra sekund med rene data hjelper.

Til slutt dro hun opp bildet hun hadde lett etter, og pekte mot skjermen mens Ursulas blikk fulgte fingeren hennes. En dag, takket være deres samlede innsats, kan vi ha en bedre forståelse av hvordan Ursula oppfattet bildet før henne. Se! Kosakowski fortalte babyen i armene hennes. Det er hjernen din!

gjemme seg