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我们如何做出复杂的决定 神经科学家确定了一个有助于将决策分解成更小块的大脑回路

发布时间:2019-05-18 11:10:37 来源:

在做出复杂的决策时,我们经常将问题分解为一系列较小的决策。例如,在决定如何治疗患者时,医生可能会经历一系列步骤 - 选择诊断测试,解释结果,然后开药。

当选择序列导致期望的结果时,做出分层决策是直截了当的。但是当结果不利时,解读出错的东西可能很难。例如,如果患者在治疗后没有改善,则有许多可能的原因:可能诊断测试仅在75%的时间内准确,或者药物仅适用于50%的患者。为了确定下一步该做什么,医生必须考虑这些概率。

在一项新的研究中,麻省理工学院的神经科学家研究了大脑如何在决策层次结构后对可能的失败原因进行推理。他们发现大脑使用额叶皮层的分布式网络区域进行两次计算。首先,大脑计算每个决定的结果的可信度,以找出最可能的失败原因,其次,当不容易辨别原因时,大脑会进一步尝试获得更多信心。

麻省理工学院麦戈文脑研究所成员,生命科学的Robert A. Swanson职业发展教授Mehrdad Jazayeri说:“在一个人的心中创造一个层次结构,并在推理结果的同时导航这个层次结构是认知神经科学的一个令人兴奋的前沿”。研究,以及该研究的资深作者。

分层推理

以前对动物模型决策的研究主要集中在相对简单的任务上。一项研究重点是大脑如何通过评估瞬时证据做出快速决策。例如,大量的工作已经表征了神经基质和机制,使动物能够逐个试验地对不可靠的刺激进行分类。其他研究的重点是大脑如何通过依赖多个试验的先前结果来选择多种选择。

“这些都是非常富有成效的工作,”Jazayeri说。“然而,它们确实是人类做出决定时所做的事情的冰山一角。只要你把自己置于任何真正的决策环境中,就是选择合作伙伴,选择汽车,决定是否服用这种药物不管怎样,这些都变得非常复杂。通常有很多因素影响决策,而这些因素可以在不同的时间尺度下运作。“

麻省理工学院的团队设计了一项行为任务,使他们能够研究大脑如何在多个时间尺度处理信息以做出决策。基本设计是动物会根据两次闪光之间的时间间隔是短于还是超过850毫秒来进行两次眼球运动中的一种。

扭曲需要动物通过等级推理来解决任务:确定在10到28次试验后必须秘密地切换两个眼球运动中的哪一个的规则。因此,为了获得奖励,动物必须选择正确的规则,然后根据规则和间隔进行正确的眼球运动。但是,由于动物未被指示有关规则开关,因此无法直接判断是否因为选择了错误的规则而导致错误,或者因为错误判断了间隔。

研究人员使用这种实验设计来探索支持层次推理的计算原理和神经机制。人类的理论和行为实验表明,对错误潜在原因的推理在很大程度上取决于大脑测量过程每个步骤的置信度的能力。Jazayeri说:“被认为对层次推理至关重要的事情之一就是对层次结构的不同节点可能导致负面结果的可能性有一定程度的信心。”

研究人员通过调整任务的难度来研究信心的影响。在一些试验中,两次闪光之间的间隔要短得多或长于850毫秒。这些试验相对容易,并且具有很高的可信度。在其他试验中,动物对其判断的信心不足,因为间隔更接近边界并且难以区分。

正如他们所假设的那样,研究人员发现动物的行为受到他们对表现的信心的影响。当间隔很容易判断时,当他们发现错误时,动物更快地切换到另一条规则。当间隔难以判断时,动物对其表现的信心较低,并且在转换之前应用相同的规则几次。

“他们知道他们没有信心,而且他们知道,如果他们没有信心,那就不一定是规则发生了变化。他们知道他们可能犯了错误[在他们的间隔判断中],”Jazayeri说。

决策电路

通过在每次试验结束后记录额叶皮层的神经活动,研究人员能够确定两个对分层决策至关重要的区域。他们发现这两个区域,称为前扣带皮层(ACC)和背内侧皮质(DMFC),在动物被告知不正确的反应后变得活跃。当研究人员分析与动物行为有关的神经活动时,很明显两个区域的神经元都表明动物对可能的规则转换的信念。值得注意的是,当动物在轻松试验后和连续犯错后犯了错误时,与动物信仰有关的活动“更响亮”。

研究人员还发现,虽然这些区域表现出相似的活动模式,但特别是ACC的活动预测了动物何时会改变规则,这表明ACC在转换决策策略中起着核心作用。实际上,研究人员发现在ACC中直接操纵神经活动足以干扰动物的理性行为。

“正面皮层中存在一个涉及这两个区域的分布式电路,它们似乎是层次组织的,就像任务所要求的那样,”Jazayeri说。

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