SISSA认知神经科学小组进行的一项新研究表明，一旦大脑的处理网络积累了准确数量的感官信息，就会触发一个感知决策——识别一个物体并采取适当的行动。我们的感受器不断地从外部世界收集信息，使我们能够了解我们周围的事物并采取相应的行动。识别一个物体的身份似乎几乎是瞬间的。然而，有时信息进入感觉系统的过程比较缓慢，断断续续，不可能立即产生感知。那么，信号是如何随着时间积累的呢?什么时候神经系统会决定“适可而止:是时候采取行动了”?左yanfang和Mathew E. Diamond (SISSA触觉感知和学习实验室主任)在《当代生物学》上发表的两篇新论文表明，大脑会比较传入的感官证据，以支持竞争的感知，并在一个选择的全部获得的证据达到固定边界时表达一个决定。这些研究揭示了在不确定的世界中做出决策的基本大脑机制。
在视觉感知上达到界限的
迄今为止，研究大脑是如何在逐渐的、不确定的感觉流入条件下做出决定的，几乎完全是通过让受试者(人类或猴子)观看显示许多在不同方向移动的点的计算机显示器来进行的。受试者的任务是判断大多数点的总体方向(这类似于在高峰时间从阳台上观察大中央车站的大厅，以评估是否有更多的人进出)。如果监视器上100%的点都向左移动，感知就会立即形成，决策就会快速而容易。但如果55%的圆点向左移动，45%的圆点向右移动，那么随着时间的推移，就必须收集运动信号。几十年的神经科学研究表明，支持两种可能选择(左与右)的输入信号是相互竞争的:随着时间的推移，当支持两种选择之一的视觉运动信息的总量达到一定的固定数量时，观众就可以报告一种运动感知。用来解释这些结果的模型，“有限积分”，简单、高效、计算最优;甚至存在强大的神经元关联。但是这个模型能推广到视觉运动感知之外吗?
从视觉决策过渡到触觉决策
“感觉-知觉决策是一种普遍的行为要素，每天都要进行无数次。两篇文章的资深作者马修·戴蒙德解释说:“我们想看看解释视觉运动感知的‘有限整合’模型是否可以解释不同感官形态、不同物种和不同形式的感知判断。”
灵长类动物是视觉方面的专家，而老鼠是触觉方面的专家，尤其是当它们用鼻子的胡须来识别物体的质地时。表面纹理的感知对大鼠的行为至关重要，例如在筑巢地点和材料的选择上。老鼠以10赫兹的频率向前/向后移动它们的胡须，在每个周期将胡须扫过表面。因此，大鼠不是接受感官证据(如视觉)，而是通过主动控制自己的须运动来创造感官证据。在新发表的研究中，研究人员在每次试验中向大鼠展示三种可能的纹理中的一种。根据它通过胡须感知到的纹理，大鼠选择一个奖励位置，并根据实际的纹理身份设置正确的位置。与此同时，研究人员以每秒1000张的速度拍摄了视频记录，以检查胡须的形状、运动和角度。他们还测量了大脑皮层中负责处理触觉信息的两个区域的神经元活动。
什么时候才算够?
在一些试验中，老鼠触摸一次，很快就做出了选择;在其他试验中，大鼠触摸多达六次。如果决策是基于有限整合的，那么当老鼠产生足够的证据来支持一个可靠的选择时，它就会结束它的探索，它的平均准确率将与触摸次数无关。另一种假说认为，大鼠的运动系统中的模式生成器甚至在大鼠进行接触之前就预先设定了即将到来的试验的触摸次数。结果与有限积分框架一致——准确率与触摸次数无关。
这两项研究的主要结论在这幅漫画中说明了，老鼠必须识别纹理是沟槽的还是光滑的。《当代生物学》的第一项研究确定了触觉证据的本质:须的运动学(弯曲和运动)根据接触的纹理而不同。一旦运动特征被转换成神经元放电，大脑就开始处理纹理信息，如图所示。虽然在单次触摸中获得的信息表明一种纹理比另一种纹理更强烈，但信号是分级的:须的运动学在某种程度上与沟槽纹理一致，但也在某种程度上与光滑纹理一致。因此，有不同数量的证据支持这两种纹理，如图中向上的步骤所示。研究的主要发现是，当一种纹理的证据总量达到一个界限时，老鼠就会做出选择。在这里，支持凹槽纹理的总证据在第四次触碰时到达边界，而支持光滑纹理的总证据仍然在下面。如图所示，一旦沟槽纹理的证据到达边界，老鼠就会形成一种感知——一种对物体的心理图像——并做出正确的选择。如果光滑纹理的证据先到达边界，大鼠就会基于错误的感知做出错误的选择。20%的试验都是这样。
信息在哪里积累?《当代生物学》的第二项研究表明，体感皮层对单个触摸的须运动学进行编码，但不会在触摸序列中积累信息。相反，体感皮层将信息包分发到下游的脑区，该脑区可以跨越时间整合信息(图中描绘的是大鼠头部的神经元群)。在每次试验中，大鼠停止拍打，并在每次触摸证据的总和达到一定限度时做出决定。
触觉认知
戴蒙德评论说:“通过有限整合进行决策的框架，以前归于灵长类动物，因此延伸到啮齿动物。”最后一个观察与个体差异有关。“我们倾向于认为每个人都是不同的，但所有的老鼠都是一样的。我们能够计算出每只老鼠的决策边界。那些边界较高的人在每次试验中花费更多时间收集证据，但总体表现更好，因为他们在做出决定之前需要更多的确定性;他们用速度换取准确性。”也就是说，老鼠意识到自己知道多少，并决定何时拥有足够的知识，这是认知的基本要素。目前的工作是探索其他形式的触觉认知。
来源:https://www.sissa.it/news/how-brain-makes-difficult-decision
