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对大脑如何在不断变化的环境中做出决策的新见解

在过去的几十年里,世界各地的心理学家和神经科学家一直试图更好地了解人类如何对周围世界的状况做出简单的决定。为此,他们设计了理论模型来描述在不同情况下应该如何做出决策,并进行了旨在识别与决策相关的大脑回路的实验。

一些研究特别关注在高度不确定的情况下的决策,例如当人类在不断变化的环境中航行时。当环境随时间变化或演变时,人们认为做出决策需要非线性的证据积累。

换句话说,神经科学家假设在不断变化的环境中,人类必须不断收集有关他们所面临情况的证据,然后利用这些证据做出明智的决定。然而,到目前为止,这一证据积累过程的神经基础仍然未知。

德国汉堡-埃彭多夫大学医学中心的研究人员最近开展了一项研究,旨在更好地了解人脑如何积累证据以在不断变化的环境中做出决策。他们发表在《自然神经科学》上的论文发现了规范决策计算与整个人类皮层的自适应回路动力学之间的联系。

“关于我们如何做出决定,还有很多有待了解,特别是在复杂和不确定的环境中——包括那些在日常生活中世界状态可能发生不可预测变化的环境,”彼得墨菲,执行这项研究的研究人员之一。研究,告诉 Medical Xpress。“我们的目标是了解大脑如何在这种不断变化的环境中做出决定。”

为了了解人类大脑如何在不断变化的环境中做出决定,墨菲和他的同事们在一组参与者在不断变化的环境中收集视觉证据时,研究了人类行为和皮层神经元的活动。为了收集数据,他们使用了一系列不同的技术、模型和方法。

“我们使用了多种补充方法:一个‘理想观察者’计算模型来了解我们应该如何在不断变化的环境中做出决定;一个皮层回路模型来了解大脑如何实施这一过程;一种称为脑磁图的非侵入性技术,应用于执行决策任务的人类参与者,将模型与测量的大脑活动联系起来;测量瞳孔大小以监测任务执行期间生理唤醒的变化,”墨菲解释说。

研究人员发现,当他们从周围环境中积累视觉证据时,参与者在已知参与行动计划的皮层区域表现出特定的行为和增强的活动。这表明这些大脑区域最终与在不断变化的环境中做出决策所需的证据的适应性积累有关。

“我们能够证明在不断变化的环境中进行最佳决策的抽象算法与可以在大脑回路中合理实现的神经生物学模型之间的新联系,”墨菲说。“我们发现,两者的预测与通常与运动动作准备相关的大脑部分测量的大脑活动惊人地相似。”

有趣的是,墨菲和他的同事们还收集了证据,暗示在不断变化的环境中,额外的大脑机制参与了决策。这些额外的大脑机制包括对早期感觉大脑区域的自上而下的活动反馈,这有助于巩固与决策相关的新兴大脑状态;以及对环境变化的强烈唤醒反应,这可能会促进大脑状态的转换。

总体而言,这组研究人员收集的研究结果显着拓宽了当前对复杂或不断变化的环境中决策的神经基础的理解。将来,他们可以激发进一步的研究,检查他们确定的皮质区域及其在不同程度的不确定性下与决策的联系。

“我们未来在这个主题上的工作的一个方面将是进一步解开所涉及的神经机制,特别关注通过药理学操作不同化学信使在大脑中的作用,”墨菲说。“未来的第二个方向是利用当前的工作作为基础,从中了解这一过程如何在通常与决策改变相关的心理障碍中受到影响——例如精神分裂症。”

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