在SISSA的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)小組進(jìn)行的一項(xiàng)新研究表明，一旦大腦的處理網(wǎng)絡(luò)積累了恰當(dāng)數(shù)量的感官信息，就會(huì)觸發(fā)感知決策 - 識(shí)別物體并采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。我們的感官受體不斷收集來(lái)自外部世界的信息，使我們能夠理解周?chē)氖挛锊⑾鄳?yīng)地表現(xiàn)。認(rèn)識(shí)到物體的身份通常幾乎是瞬間完成的。然而，有時(shí)信息會(huì)逐漸進(jìn)入感覺(jué)系統(tǒng)，在適合和開(kāi)始時(shí)，并且不可能立即進(jìn)行感知。那么，隨著時(shí)間的推移，信號(hào)是如何累積的?什么時(shí)候神經(jīng)系統(tǒng)決定“夠了就夠了?是時(shí)候采取行動(dòng)了”?Yanfang Zuo和Mathew E.在Current Biology上發(fā)表的兩篇新出版物Diamond(SISSA觸覺(jué)感知和學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室主任)表明，大腦比較傳入的感官證據(jù)，支持競(jìng)爭(zhēng)感知，并在一個(gè)選擇的總獲得證據(jù)達(dá)到固定邊界時(shí)立即表達(dá)決定。這些研究揭示了在不確定的世界中決策制定的基本大腦機(jī)制。

達(dá)到視覺(jué)感知的邊界

迄今為止，大腦是如何在逐漸的，不確定的感覺(jué)流入條件下做出決定的，幾乎完全通過(guò)讓受試者(人或猴)觀察計(jì)算機(jī)監(jiān)視器來(lái)顯示許多在不同方向上移動(dòng)的點(diǎn)來(lái)進(jìn)行研究。該主題的任務(wù)是判斷大多數(shù)點(diǎn)的整體方向(這類(lèi)似于在高峰時(shí)間從陽(yáng)臺(tái)觀看大中央車(chē)站的主廳以評(píng)估是否有更多的人進(jìn)入或離開(kāi))。如果顯示器上100%的點(diǎn)向左移動(dòng)，則立即形成感知并且決定快速而簡(jiǎn)單。但是，如果55%的點(diǎn)向左移動(dòng)而45%的點(diǎn)向右移動(dòng)，則必須隨時(shí)間收集運(yùn)動(dòng)信號(hào)。幾十年的神經(jīng)科學(xué)研究表明，有利于兩種可能選擇(左與右)的輸入信號(hào)處于競(jìng)爭(zhēng)中：一旦視覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息的總量有利于兩者中的一個(gè)，觀察者就可以報(bào)告運(yùn)動(dòng)感知隨著時(shí)間的推移積累的替代品達(dá)到一定的數(shù)量。用于解釋這些結(jié)果的模型，“有界整合”，簡(jiǎn)單，高效，計(jì)算最優(yōu);甚至存在強(qiáng)大的神經(jīng)元相關(guān)性。但該模型是否超出視覺(jué)運(yùn)動(dòng)感知?簡(jiǎn)單，高效，計(jì)算最優(yōu);甚至存在強(qiáng)大的神經(jīng)元相關(guān)性。但該模型是否超出視覺(jué)運(yùn)動(dòng)感知?簡(jiǎn)單，高效，計(jì)算最優(yōu);甚至存在強(qiáng)大的神經(jīng)元相關(guān)性。但該模型是否超出視覺(jué)運(yùn)動(dòng)感知?

從視覺(jué)決策到觸覺(jué)決策制定

“感覺(jué) - 感知決策是一種普遍存在的行為因素，每天都進(jìn)行無(wú)數(shù)次。我們想看看用于解釋視覺(jué)運(yùn)動(dòng)感知的”有界整合“模型是否可以解釋不同物種中不同感官形態(tài)的感知判斷。兩種文章的資深作者M(jìn)athew Diamond解釋說(shuō)，并采用不同形式的傳感。

雖然靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物是視力方面的專(zhuān)家，但老鼠是觸摸的專(zhuān)家，特別是當(dāng)使用它們的鼻子的胡須來(lái)識(shí)別物體的紋理時(shí)。表面紋理的感知對(duì)于大鼠的行為是至關(guān)重要的，例如在筑巢部位和材料的選擇中。大鼠以10赫茲的速度向前/向后移動(dòng)它們的胡須，在每個(gè)循環(huán)中將它們掃過(guò)表面。因此，大鼠不是接受感官證據(jù)(如在視覺(jué)中)，而是通過(guò)積極控制其自身的胡須運(yùn)動(dòng)來(lái)創(chuàng)造感官證據(jù)。在新發(fā)表的研究中，研究者在每次試驗(yàn)之前提出了三種可能的紋理之一。根據(jù)它通過(guò)其胡須感測(cè)到的紋理，大鼠選擇獎(jiǎng)勵(lì)位置，根據(jù)實(shí)際紋理身份設(shè)置正確的位置。與此同時(shí)，研究人員以每秒1000張圖像拍攝視頻記錄，以檢查晶須的形狀，運(yùn)動(dòng)和角度。他們還測(cè)量了大腦皮層的兩個(gè)專(zhuān)門(mén)用于處理觸覺(jué)信息的區(qū)域的神經(jīng)元活動(dòng)。

什么時(shí)候夠了？

在一些試驗(yàn)中，老鼠接觸過(guò)一次并迅速做出選擇;在其他試驗(yàn)中，老鼠多達(dá)六次。如果決策是基于有限整合，那么只要它產(chǎn)生足夠的證據(jù)來(lái)支持可靠的選擇，老鼠就會(huì)結(jié)束其探索，并且它的平均準(zhǔn)確度將與觸摸的數(shù)量無(wú)關(guān)。另一種假設(shè)提出，即使在老鼠接觸之前，老鼠的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的模式發(fā)生器預(yù)先設(shè)定即將到來(lái)的試驗(yàn)的觸摸計(jì)數(shù)。結(jié)果證明與有界集成框架一致 - 準(zhǔn)確性與觸摸次數(shù)無(wú)關(guān)。

兩幅研究的主要結(jié)論在這幅漫畫(huà)中得到了說(shuō)明，其中大鼠必須將紋理識(shí)別為凹槽或光滑。第一項(xiàng)當(dāng)前生物學(xué)研究確定了觸覺(jué)證據(jù)的性質(zhì)：晶須運(yùn)動(dòng)學(xué)(彎曲和運(yùn)動(dòng))根據(jù)接觸的紋理而不同。一旦運(yùn)動(dòng)特征轉(zhuǎn)換為神經(jīng)元射擊，大腦就會(huì)開(kāi)始處理紋理信息，如左圖所示。雖然單次觸摸獲得的信息表明一個(gè)紋理比另一個(gè)紋理更強(qiáng)，但信號(hào)被分級(jí)：晶須運(yùn)動(dòng)學(xué)在某種程度上與凹槽紋理一致，但在某種程度上也具有光滑的紋理。因此，有不同數(shù)量的證據(jù)支持兩種紋理，如圖中的向上步驟所示。主要發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)一個(gè)紋理的總證據(jù)數(shù)量(在觸摸之間進(jìn)行求和)達(dá)到邊界時(shí)，大鼠就會(huì)做出選擇。在這里，有利于凹槽紋理的總證據(jù)在第四次觸摸時(shí)到達(dá)邊界，而有利于光滑紋理的總證據(jù)仍然在下面。如右圖所示，一旦凹槽紋理的證據(jù)到達(dá)邊界，大鼠就會(huì)形成一個(gè)感知 - 一個(gè)物體的心理圖像 - 并做出正確的選擇。如果光滑紋理的證據(jù)首先到達(dá)邊界，那么老鼠就會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的感知做出錯(cuò)誤的選擇。這正是20%試驗(yàn)中發(fā)生的事情。而有利于光滑質(zhì)地的總證據(jù)仍然低于。如右圖所示，一旦凹槽紋理的證據(jù)到達(dá)邊界，大鼠就會(huì)形成一個(gè)感知 - 一個(gè)物體的心理圖像 - 并做出正確的選擇。如果光滑紋理的證據(jù)首先到達(dá)邊界，那么老鼠就會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的感知做出錯(cuò)誤的選擇。這正是20%試驗(yàn)中發(fā)生的事情。而有利于光滑質(zhì)地的總證據(jù)仍然低于。如右圖所示，一旦凹槽紋理的證據(jù)到達(dá)邊界，大鼠就會(huì)形成一個(gè)感知 - 一個(gè)物體的心理圖像 - 并做出正確的選擇。如果光滑紋理的證據(jù)首先到達(dá)邊界，那么老鼠就會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的感知做出錯(cuò)誤的選擇。這正是20%試驗(yàn)中發(fā)生的事情。

信息在哪里積累?第二項(xiàng)當(dāng)前生物學(xué)研究表明，軀體感覺(jué)皮層編碼單個(gè)觸摸的晶須運(yùn)動(dòng)學(xué)，但不會(huì)在觸摸序列上累積信息。相反，軀體感覺(jué)皮層將證據(jù)包分發(fā)到下游大腦區(qū)域，該區(qū)域整合了跨時(shí)間的信息(此處描述為大鼠頭部的神經(jīng)元群集)。在每次試驗(yàn)中，只要觸摸式觸摸證據(jù)的總量達(dá)到邊界，老鼠就會(huì)停止攪拌并做出決定。

觸覺(jué)認(rèn)知

“通過(guò)有限整合的決策框架，以前歸因于靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物，因此延伸到嚙齒類(lèi)動(dòng)物，”Diamond評(píng)論道。最后的觀察涉及個(gè)體差異。“我們傾向于認(rèn)為個(gè)體不同，但所有老鼠必須相同。我們能夠計(jì)算每只老鼠的決策邊界。那些邊界較高的人在每次試驗(yàn)中都會(huì)失去更多的時(shí)間收集證據(jù)，但由于他們需要更好的整體表現(xiàn)他們?cè)谧龀鰶Q定之前更加確定;他們以準(zhǔn)確的速度進(jìn)行交易。“也就是說(shuō)，老鼠知道他們知道多少，并決定他們什么時(shí)候有足夠的知識(shí)，這是認(rèn)知的基本要素。目前的工作是探索其他形式的觸覺(jué)認(rèn)知。