Hur uppfattar bebisar världen?

Heather Kosakowski håller ett spädbarn som är på väg att skannas i en fMRI-maskin vid McGovern Institute for Brain Research. CAITLIN CUNNINGHAM

Det är Ursulas tredje gång i den funktionella MRI-maskinen. Heather Kosakowski, en doktorand i kognitiv neurovetenskap, hoppas få bara två värdefulla minuter av data från sin session. Även om Ursula har bokats för att låta scanna sin hjärna i två timmar, är det långt ifrån säkert. Hennes första två sessioner, som också var bokade för två timmar vardera, gav bara åtta minuter av användbart material tillsammans.

Uppgiften gränsar till det omöjliga. Kosakowski behöver Ursula för att vara både vaken, titta på projicerade bilder av ansikten och scener, och väldigt stilla, helst i sekunder eller till och med minuter åt gången. Varje ryck och vickning gör MRT-skanningen suddig, döljer bilden och gör den oanvändbar. Men Ursula tenderar att slingra sig och sedan, oundvikligen, somna – precis vad du kan förvänta dig av en sex månader gammal bebis.

Att skanna spädbarns hjärnor medan de är vakna är otroligt svårt och tidskrävande, och det finns alltid en risk att en session inte producerar någon data alls. En motiverad vuxen kan hålla sig helt stilla i två timmar, vilket ger hjärnbilder som läses som en öppen bok. Ursulas sessioner producerar något som liknar en bok som har rivits upp och kastats i en flod. Kosakowski, som tillsammans rådgavs av professorerna i kognitiv neurovetenskap Nancy Kanwisher ’80, PhD ’86 och Rebecca Saxe, PhD ’03, måste noggrant fiska fram de användbara avsnitten och sy ihop dem innan hon kan läsa historien de avslöjar.

Heather är förmodligen den skickligaste personen som lever idag när det gäller att få högkvalitativ funktionell MR-data från mänskliga spädbarn, säger Kanwisher, professor i kognitiv neurovetenskap vid Walter A. Rosenblith.

Om Kosakowski inte får de två minuter av stillbilder hon behöver, är det möjligt att Ursulas två tidigare besök har varit för intet. Men om hon kan få en tydlig fMRI-avläsning, kommer hon att vara ett steg närmare att svara på en av de djupaste frågorna inom modern neurovetenskap: Vilka är de fysiska grunderna för det mänskliga sinnet?

En avlägsen dröm

Kosakowski är inte främmande för att övervinna hinder. Hennes barndom kännetecknades av den sortens instabilitet som gjorde att någon form av högre utbildning kändes ouppnåelig. Hennes pappa var militär, så hennes familj flyttade runt mycket. Sedan skilde sig hennes föräldrar och svårigheterna blev fler. När hon var omkring sju flyttade hon och hennes mamma till ett härbärge för hemlösa, och vid 11 år placerades Kosakowski i fosterhem i västra Massachusetts. Att ha en kandidatexamen har alltid varit min dröm, säger hon, men hon kallar sitt första försök på college för ett dystert misslyckande.

Kosakowski med bebisen Ursula efter hennes fMRI-skanning.

RACHEL FRITTS

Jag hoppade av, jag var hemlös och hade inget jobb, och sedan slog jag ihop min bil och tänkte, vad ska jag göra med mitt liv? minns hon. Hon bestämde sig för att gå in i marinkåren men hoppades att hon en dag skulle få en andra chans på college.

Efter flera år i militären lämnade Kosakowski marinsoldaterna och återvände till Massachusetts, där han skrev in sig på deltid vid Massachusetts Bay Community College. Kanske, tänkte hon, en kandidatexamen inte var så långt utom räckhåll trots allt. Hon siktade in sig på Smith College, där hon antogs. Men ungefär när hon fick den nyheten fick hon också en annan: hon var gravid.

Kosakowski gick inte på college någonstans den hösten, men hennes iver att lära bestod. Hennes naturliga nyfikenhet fick utlopp i hennes bebis, Hannah, som föddes i oktober. Hon såg Hannah uppleva gräs för första gången under våren, och hon blev glad över hur hon reagerade på detta konstiga nya material som täckte marken. När Hannah utforskade sin miljö undrade Kosakowski hela tiden hur saker och ting såg ut ur hennes perspektiv. Vad upplevde hon? Hur förstod hon omvärlden?

När Hannah var två fick Kosakowski ett jobb på en ideell organisation som arbetade för att påskynda forskningen om multipel skleros, vilket gav henne möjligheten att delta i en neurovetenskapskonferens. Efter det var jag lite hooked, säger hon. Jag tänkte, okej, det jag verkligen vill göra är forskning, och för att kunna forska behöver jag en examen. Jag måste gå tillbaka till skolan.

Kosakowski blev antagen till Wellesley College – en skola som hon hade skrivit av flera år tidigare eftersom den var så konkurrenskraftig. Hon blev fascinerad av neurovetenskap och peppade sina professorer med frågor tills en sa, Heather, några av frågorna du ställer, ingen vet svaret. Du borde ta en doktorsexamen.

Jag fortsatte bara att skanna

Precis när Kosakowski tog examen från Wellesley, letade Saxe efter en chef för sitt labb, som råkade vara ett av de enda labb i världen som studerade spädbarn i MRI medan de är vakna – och följaktligen en av de enda som kunde svara på Kosakowskis frågor om spädbarns kognitions natur. Hon sökte tjänsten och fick den.

När hennes fostersyster fick barn gick Kosakowski till Saxe och frågade om hon kunde lära sig hur man använder fMRI för att skanna barnets hjärna. Jag tror att hon trodde att jag bara skulle scanna min systerdotter och vara klar med det, säger Kosakowski. Men jag fortsatte bara att skanna, och hon sa aldrig till mig att sluta. Saxe, imponerad av Kosakowskis arbete och beslutsamhet, gick med på att ta henne som doktorand. 2017 lämnade hon jobbet som labbchef och började sin första termin som doktorand vid MIT.

Kanwisher minns fortfarande första gången hon såg Kosakowski skanna en bebis på MRT. Hon övervägde att arbeta med Kosakowski och Saxe på deras spädbarnsstudie, men till en början var hon mycket skeptisk. Den här ungen skriker som en galning. Mamman är nervös. Det hela är stressigt. Och det här fortsätter och fortsätter och Heather ger inte upp, säger hon. Sedan — bom. Molnen delar sig, ungen ler, Heather stoppar ungen in i MR-skannern och som en minut senare scannar hon vackra data. Bara uthålligheten, skickligheten, är spektakulär.

Kosakowskis aktuella studie fokuserar på hur hjärnan hos spädbarn som bara är två till nio månader gamla reagerar på korta videor av ansikten eller kroppar – och hur det skiljer sig från deras svar på scener utan människor. Hon är den första att hitta bevis för denna typ av specialisering hos barn under fem år. Informationen hon är ute efter kan bara mätas med fMRI. Magnetisk resonanstomografi gör att forskare kan ta högupplösta bilder av tvärsnitt av hjärnan. Funktionell MRI lägger till ytterligare ett lager till detta, inspelning av bilder av hjärnan aktivitet i realtid. När nervceller i en del av hjärnan är särskilt aktiva, ökar blodflödet för att driva den regionen. Detta visar sig som en ljuspunkt på fMRI-skanningar.

Forskare har använt decennier med fMRI för att bevisa att delar av den vuxna hjärnan är mycket specialiserade för vissa uppgifter, och för att peka ut exakt vilka områden som är specialiserade för vilka funktioner. Sinnet och hjärnan har all denna struktur. Vi är inte bara generiskt smarta. Vi är smarta på mycket speciella sätt om mycket speciella saker som människor gör, säger Kanwisher. Om du tittar på strukturen ser du den här uppsättningen av dussintals regioner i hjärnan, var och en som gör en mycket distinkt, annorlunda sak ... Det är omöjligt att titta på det och inte undra, 'Hur blev den strukturen kopplad?'

När vuxna tittar på ansikten, till exempel, lyser en del av hjärnan som kallas fusiform face area, eller FFA. Med andra ord, om forskare sätter in vuxna i MRI-maskiner och visar dem bilder av både ansikten och föremål, kommer FFA bara att svara på ansikten. Parahippocampal place area (PPA) reagerar samtidigt starkast på skildringar av scener. Kanwisher själv döpte FFA efter att ha lett teamet som upptäckte det 1997, och hon ledde ansträngningarna att peka ut och beskriva PPA 1998. Hon och hennes kollegor upptäckte också hjärnsektionen känd som extrastriate body area (EBA), som svarar starkt till bilder av kroppsdelar, 2001.

[Heather] skannar de yngsta vakna människorna som vem som helst kan skanna och frågar vilken struktur som finns i hjärnan inom några månader efter födseln, säger Kanwisher. Och det är bara en av de mest spännande frågorna inom hela psykologi, neurovetenskap och djupfilosofi: Vilken är strukturen i våra sinnen och var kommer den ifrån?

Preliminära resultat från Kosakowskis studie ger några av de starkaste bevisen hittills för att vissa funktioner i vår hjärna kan vara medfödda snarare än inlärda. Bebisar har också selektiva svar för ansikten, kroppar och scener i FFA, EBA och PPA, säger Kosakowski. Ingen har någonsin hittat det förut. Och det var helt inte väntat att vi skulle hitta det.

I dessa hjärnskanningar som tagits från ett spädbarn som tittar på videor av ansikten och scener, visar röda och gula aktivitet relaterad till tittande på ansikten och blå visar aktivitet kopplad till scener.

HEATHER KOSAKOWSKI

Covid-19-pandemin har dock medfört sina egna utmaningar. fMRI-sessionerna fick ställas in och hon har tillbringat en stor del av det senaste året med att analysera sina data hemma. Covid-19 har starkt påverkat mig genom att jag jobbar hemifrån heltid och även ensamstående förälder – på samma sätt som det har påverkat många barnfamiljer, säger Kosakowski. Hon hoppas få möjligheten att skanna fler spädbarn för att börja studera deras hörselprocess innan hon tar examen i maj 2022. Men Ursulas session i slutet av 2019 visar sig ha varit en av hennes sista chanser att få värdefull data för sin avhandling.

Under den sessionen hade Ursula somnat i skannern, men Kosakowski var på topp när det avslutades. Hon var ganska säker på att hon hade lyckats få tag i uppgifterna – och hon skulle senare bekräfta att hon hade rätt. När Ursulas mamma gick för att byta om från MRT-vänliga skrubbar, öste Kosakowski upp den fula bebisen och höll henne när hon satt framför en dator. Den oförskämda studenten har en otrolig förmåga att hålla spädbarn glada och avslappnade – en färdighet som inget doktorandprogram kommer att lära dig, men en som är ovärderlig när varje extra sekund med ren data hjälper.

Till slut drog hon upp bilden hon letat efter och pekade mot skärmen medan Ursulas blick följde hennes finger. En dag, tack vare deras kombinerade ansträngningar, kanske vi får en bättre förståelse för hur Ursula uppfattade bilden före henne. Se! Kosakowski berättade för barnet i hennes famn. Det är din hjärna!

Dölj