2020年8月25日，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、北京大學(xué)IDG麥戈文腦科學(xué)研究所、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的張航研究組在美國(guó)科學(xué)院院刊（PNAS）上發(fā)表了題為“The bounded rationality of probability distortion”的文章[1]，提出了一個(gè)新的理論模型來(lái)解釋人類在加工概率信息時(shí)的系統(tǒng)性錯(cuò)誤。她們發(fā)現(xiàn)，看似非理性的“概率扭曲”現(xiàn)象其實(shí)可能是大腦在有限的認(rèn)知資源下優(yōu)化信息傳遞的結(jié)果，可以借用諾貝爾獎(jiǎng)和圖靈獎(jiǎng)獲得者Herbert Simon的“有限理性”(bounded rationality)一詞[2]來(lái)描述。

概率扭曲(probability distortion)指的是人們?cè)谂袛嗪蜎Q策任務(wù)中對(duì)概率信息的系統(tǒng)性認(rèn)知偏差，其廣泛存在于幾乎所有涉及概率信息的認(rèn)知任務(wù)之中，并且在不同任務(wù)中表現(xiàn)出刻板相似的模式。即，人們通常會(huì)高估小概率、低估大概率；在少數(shù)情境中與此相反。然而，大腦為什么要以如此有規(guī)律的方式扭曲概率信息呢？

我們知道，人類的視知覺(jué)系統(tǒng)可以感知?jiǎng)討B(tài)范圍高達(dá)109的亮度信息（從微弱的星光到耀目的陽(yáng)光）。但是，視知覺(jué)系統(tǒng)并不能在同一時(shí)刻表征如此巨大的動(dòng)態(tài)范圍；在明暗不同的環(huán)境中切換時(shí)（例如，進(jìn)出一個(gè)黑暗的房間），我們會(huì)經(jīng)歷一段時(shí)間的暗適應(yīng)或光適應(yīng)。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼范圍，視知覺(jué)系統(tǒng)得以用有限的編碼資源實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前環(huán)境中亮度信息的有效編碼。

受到視知覺(jué)系統(tǒng)編碼策略的啟發(fā)，文中提出，大腦可能是以類似的策略用有限的認(rèn)知資源實(shí)現(xiàn)概率信息的有效編碼，而概率扭曲是編碼和解碼過(guò)程的副產(chǎn)品。具體而言，認(rèn)知資源的有限性決定了編碼范圍和編碼精度之間存在著此消彼長(zhǎng)的關(guān)系（示意圖[文中圖1b]如下）；選擇適宜于當(dāng)前環(huán)境的編碼范圍將有助于概率信息在大腦中的表征?；诖嗽O(shè)想，文中提出了概率扭曲的有界對(duì)數(shù)賠率模型(Bounded Log-Odds Model，簡(jiǎn)稱BLO)，并使用前人數(shù)據(jù)集和新的實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)證檢驗(yàn)。

在概率判斷（簡(jiǎn)稱JRF）和風(fēng)險(xiǎn)決策（簡(jiǎn)稱DMR）這兩種不同的認(rèn)知任務(wù)中，BLO對(duì)人們的行為數(shù)據(jù)的擬合都優(yōu)于先前文獻(xiàn)中的已知模型。并且，同一個(gè)體用于表征概率信息的認(rèn)知資源數(shù)量在兩種任務(wù)之間也存在著相關(guān)。不僅如此，在特定的認(rèn)知資源限制下，人們?cè)诟怕逝で袨橹袑?shí)際表現(xiàn)出的概率編碼范圍接近于最大化客觀概率值與內(nèi)在表征之間的互信息（如下圖[文中圖5]所示），即，體現(xiàn)了有效編碼原則。

BLO也預(yù)測(cè)，概率扭曲函數(shù)會(huì)隨著當(dāng)前環(huán)境中概率值分布的不同而不同。文中匯總了前人文獻(xiàn)中12項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)決策的實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)正如BLO所預(yù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)中采用的概率值的變異性越大，概率扭曲的斜率會(huì)越小（如下圖[文中圖7a]所示）。

本研究與近期的兩項(xiàng)研究[3,4]都表明，人們?cè)谂袛嗪蜎Q策中的許多系統(tǒng)性認(rèn)知偏差可能是認(rèn)知系統(tǒng)在有限資源下優(yōu)化信息傳輸?shù)慕Y(jié)果。這意味著，人們?cè)谂袛嗪蜎Q策任務(wù)中表現(xiàn)出的認(rèn)知偏差及其個(gè)體差異并不只是個(gè)人偏好的反映，而是與個(gè)體的認(rèn)知資源息息相關(guān)。

本研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院的博士后任祥娟博士和紐約大學(xué)心理學(xué)系的Laurence T. Maloney教授是論文的合作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.1922401117

References

[1] Zhang, H., Ren, X., & Maloney, L. T. (2020). The bounded rationality of probability distortion. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201922401. doi:10.1073/pnas.1922401117

[2] Simon, H. A. (1982). Models of bounded rationality: Economic Analysis and Public Policy (Vol. 1). Cambridge, MA: MIT press.

[3] Polanía, R., Woodford, M., & Ruff, C. C. (2019). Efficient coding of subjective value. Nature Neuroscience, 22(1), 134-142. doi:10.1038/s41593-018-0292-0

[4] Bhui, R., & Gershman, S. J. (2018). Decision by sampling implements efficient coding of psychoeconomic functions. Psychological Review, 125(6), 985–1001. doi:10.1037/rev0000123

2020-08-27