2021年3月5日，Journal of Neuroscience在線刊出了北京大學(xué)張航研究組和羅歡研究組的題為“Automatic and fast encoding of representational uncertainty underlies the distortion of relative frequency”的文章[1]。結(jié)合行為實(shí)驗(yàn)、計(jì)算建模和腦磁圖（MEG），研究者們發(fā)現(xiàn)人腦在加工相對頻率信息時(shí)會(huì)快速而自動(dòng)地編碼其中的不確定性。

概率扭曲(probability distortion)是一種廣泛存在于判斷和決策任務(wù)中的行為現(xiàn)象，表現(xiàn)為人類和動(dòng)物常常會(huì)系統(tǒng)性地高估小概率或相對頻率、低估大概率或相對頻率。大腦為何會(huì)有這樣的系統(tǒng)性偏差？張航研究組近期提出了有界對數(shù)賠率模型來解釋大腦在加工概率信息時(shí)的系統(tǒng)性錯(cuò)誤[2]，其核心假定之一是大腦會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償表征概率信息時(shí)的不確定性。在本研究中，研究者們通過MEG記錄人們在持續(xù)追蹤相對頻率信息時(shí)的腦活動(dòng)，在神經(jīng)層面驗(yàn)證了這一核心假定。

被試的任務(wù)是追蹤快速呈現(xiàn)于屏幕上的青色和橘色點(diǎn)陣序列，并在序列突然停止后報(bào)告最后一屏刺激中青色或者橘色點(diǎn)占兩種點(diǎn)總數(shù)的相對頻率（如圖1所示）。每屏刺激中的相對頻率記為p；經(jīng)推導(dǎo)，p在表征上的不確定性（representational uncertainty）的數(shù)學(xué)形式與p(1–p)成正比[2][3]。統(tǒng)計(jì)上，p和p(1–p)是線性獨(dú)立的。


圖1：相對頻率追蹤任務(wù)。

研究者們采用了一種巧妙的刺激序列設(shè)計(jì)來分離p和p(1–p)對神經(jīng)活動(dòng)的影響。在一半的刺激序列中，p呈周期性變化而p(1–p)呈非周期性變化；在另一半的刺激序列中，p(1–p)呈周期性變化而p呈非周期性變化。研究者們分析了刺激序列中的周期性變量與MEG信號之間的相位一致性，也使用MEG信號對刺激序列中的非周期性變量進(jìn)行了解碼分析。這兩種分析的結(jié)果相互印證，都表明大腦不僅編碼了任務(wù)中所要求追蹤的相對頻率信息（p），還自動(dòng)編碼了看似與任務(wù)無關(guān)的變量——表征上的不確定性（p(1–p)）。如圖2所示，雖然從地形圖來看，二者在MEG信號中的編碼位于相似的枕葉和頂葉區(qū)域，但是從時(shí)程來看，相對頻率的編碼發(fā)生在刺激呈現(xiàn)后約300 ms，而表征上不確定性的編碼發(fā)生在約400 ms，比前者晚約100 ms。


圖2：相對頻率(p)和表征不確定性(p(1–p))的時(shí)空解碼結(jié)果。

大腦會(huì)自動(dòng)編碼相對頻率信息在表征上的不確定性，而且其編碼比相對頻率本身的編碼僅滯后約100 ms，遠(yuǎn)早于相對頻率的外顯報(bào)告，這意味著什么？一方面，這為概率扭曲可能的根源——大腦自動(dòng)補(bǔ)償表征概率信息時(shí)的不確定性[2]——提供了神經(jīng)基礎(chǔ)。另一方面，這與近期信心研究領(lǐng)域中大腦在外顯的知覺判斷之前就已快速編碼其信心的發(fā)現(xiàn)不謀而合[4]。這意味著，大腦所編碼的表征上的不確定性或信心不一定是外顯判斷或決策后的反思，相反可能是外顯判斷或決策之前所參照的信息的一部分；其發(fā)揮的功能性作用有待未來進(jìn)一步研究。

本研究獲得國家自然科學(xué)基金、北大–清華生命科學(xué)聯(lián)合中心和北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的資助。北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院博士后任祥娟博士為本文第一作者。北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦科學(xué)研究所、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的張航研究員，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦科學(xué)研究所的羅歡研究員為本文的共同通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2006-20.2021

References

[1] Ren, X., Luo H., & Zhang, H. (in press) Automatic and fast encoding of representational uncertainty underlies the distortion of relative frequency. Journal of Neuroscience. DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2006-20.2021

[2] Zhang, H., Ren, X., & Maloney, L. T. (2020). The bounded rationality of probability distortion. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(36), 22024-22034. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1922401117

[3] Lebreton, M., Abitbol, R., Daunizeau, J., & Pessiglione, M. (2015). Automatic integration of confidence in the brain valutation signal. Nature Neuroscience, 18(8), 1159-1167. DOI: https://doi.org/10.1038/nn.4064

[4] Gherman, S., & Philiastides, M. G. (2018). Human VMPFC encodes early signatures of confidence in perceptual decisions. eLife, 7, e38293. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.38293

2021-03-15