Nature Neuroscience：大腦如何同時做決定又評估信心？大腦的 “并行計算” 機(jī)制揭曉

來源 ： 轉(zhuǎn)載自公眾號：神經(jīng)的秘密

編輯：Lisa

審核 ： mingzlee7

當(dāng)你在嘈雜環(huán)境中判斷朋友說的是 “去吃飯” 還是 “去看電影”，或是在選擇題中猶豫哪個選項更靠譜時，大腦其實在同步完成兩件關(guān)鍵事 —— 做出具體選擇，以及評估這個選擇的靠譜程度（也就是決策信心）。長期以來，科學(xué)家們一直好奇：這兩個過程是先做決定再回頭評估信心，還是像雙核處理器一樣并行處理？最近發(fā)表在《Nature Neuroscience》上的一項研究，通過對獼猴大腦的精密實驗，為我們揭開了這個認(rèn)知之謎。

實驗設(shè)計：讓獼猴 “邊做選擇邊表態(tài)”

為了破解決策與信心的神經(jīng)關(guān)聯(lián)，研究團(tuán)隊訓(xùn)練了兩只恒河猴完成一項特殊的 “知覺決策任務(wù)”。這個任務(wù)的巧妙之處在于，獼猴需要通過一次眼球運(yùn)動，同時報告自己的選擇和對選擇的信心 —— 相當(dāng)于讓動物在 “答題” 的同時，立刻標(biāo)出 “我對這個答案有把握” 或 “我不確定”。

實驗中，屏幕中央會出現(xiàn)一個注視點，獼猴盯住后，四個目標(biāo)點會呈對角線分布在屏幕上，分別對應(yīng) “左 - 高信心”“左 - 低信心”“右 - 高信心”“右 - 低信心” 四種組合。隨后，屏幕上會出現(xiàn)隨機(jī)移動的光點，獼猴需要判斷光點整體是向左還是向右移動，然后通過掃視對應(yīng)的目標(biāo)點完成回應(yīng)。

為了讓信心報告更真實，實驗設(shè)置了獎懲機(jī)制：如果判斷正確，選擇 “高信心” 能獲得更多果汁獎勵；但如果判斷錯誤，“高信心” 會受到額外的時間懲罰（下一輪等待時間延長），而 “低信心” 則無懲罰。這種設(shè)計確保了獼猴的 “信心表態(tài)” 不是隨機(jī)亂選，而是基于真實的判斷確定性。

同時，研究人員通過植入式電極陣列，記錄了獼猴大腦側(cè)頂內(nèi)溝區(qū)（LIP 區(qū)）407 個神經(jīng)元的活動。LIP 區(qū)是大腦后頂葉皮層的關(guān)鍵區(qū)域，此前研究已證實它與視覺知覺、決策和眼動控制密切相關(guān)，是探究決策機(jī)制的理想靶點。

行為學(xué)證據(jù) —— 決策與信心同步醞釀

通過分析超過 20 萬次實驗數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊首先從行為層面驗證了 “并行處理” 的可能性。

獼猴的表現(xiàn)符合我們對 “理性決策者” 的期待：光點移動方向越明確（運(yùn)動強(qiáng)度越高），獼猴判斷越準(zhǔn)確，做出決策的反應(yīng)時越短，選擇 “高信心” 的比例也越高。更關(guān)鍵的是，無論光點運(yùn)動強(qiáng)度如何，“高信心” 選擇的反應(yīng)時始終比 “低信心” 更短 —— 這說明信心評估并沒有額外占用時間，而是在決策過程中同步完成的。

研究人員還觀察到一個有趣的 “改變主意” 現(xiàn)象：在少數(shù)難度極高的 trials 中，獼猴會在第一次眼動后快速修正方向，甚至同時改變選擇和信心等級。這種 “瞬間反悔” 的行為表明，決策和信心評估在整個過程中都處于動態(tài)調(diào)整狀態(tài)，而非先定選擇再補(bǔ)評信心。

為了進(jìn)一步驗證，研究團(tuán)隊對比了三種經(jīng)典的決策模型：“串行模型”（先做選擇，再評估信心）、“并行模型”（兩者同步進(jìn)行）和 “混合模型”（先并行再補(bǔ)充評估）。結(jié)果顯示，只有并行模型能完美解釋獼猴的行為 —— 尤其是在判斷錯誤的 trials 中，獼猴的信心仍會隨光點運(yùn)動強(qiáng)度升高而增強(qiáng)，這是串行模型無法解釋的關(guān)鍵特征。

神經(jīng)層面 ——LIP 區(qū)神經(jīng)元的 “雙重編碼”

如果決策和信心是并行處理的，大腦神經(jīng)元應(yīng)該會同時承載這兩種信息。研究團(tuán)隊通過分析 LIP 區(qū)的神經(jīng)活動，證實了這一猜想。 1. 神經(jīng)元活動同步預(yù)測選擇與信心

研究發(fā)現(xiàn)，LIP 區(qū)神經(jīng)元的放電速率會隨決策過程逐漸 “傾斜”—— 朝著最終選擇的方向持續(xù)升高，這正是決策證據(jù)積累的典型特征。更令人驚訝的是，這種 “傾斜” 同時包含了信心信息：對于相同方向的選擇，“高信心” trials 中神經(jīng)元的放電速率更高、上升斜率更陡，且這種差異與選擇信息的分離時間幾乎一致（約在光點出現(xiàn)后 200 毫秒）。

換句話說，單個神經(jīng)元的活動就像一個 “雙重信號器”，既在 “投票” 支持某個選擇，又在 “標(biāo)注” 這個投票的可信度。

2. 群體編碼的 “正交分離”

雖然單個神經(jīng)元同時承載兩種信息，但大腦通過群體編碼的巧妙設(shè)計，避免了信息干擾。研究人員通過解碼分析發(fā)現(xiàn)，LIP 區(qū)神經(jīng)元群體中，編碼選擇的神經(jīng)信號和編碼信心的神經(jīng)信號呈現(xiàn) “正交” 關(guān)系 —— 就像兩個垂直的坐標(biāo)軸，各自獨立又相互關(guān)聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)讓下游腦區(qū)可以清晰地分離出這兩種信息，既不混淆選擇方向，也不丟失信心等級。

3. 零延遲的動態(tài)更新

通過追蹤單個 trial 中神經(jīng)信號的時間變化，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)：選擇信號和信心信號的更新幾乎沒有時間差（延遲接近零）。在決策關(guān)鍵期（光點出現(xiàn)后 200-600 毫秒），兩者的同步性最高；即使在眼動即將發(fā)生的瞬間，信心信號仍在動態(tài)調(diào)整，這與 “串行模型” 預(yù)測的 “先定選擇再等信心” 完全不符。

這項研究不僅解答了決策與信心的時間關(guān)系之謎，更刷新了我們對大腦信息處理方式的認(rèn)知：

首先，它證實了大腦具備 “單證據(jù)多目標(biāo)” 的并行計算能力 —— 僅通過分析同一組感官證據(jù)（光點運(yùn)動），就能同時完成 “判斷方向” 和 “評估確定性” 兩個任務(wù)，這大大提升了決策效率，也解釋了我們在生活中能快速做出帶信心的判斷的原因。

其次，LIP 區(qū)作為感官運(yùn)動轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵區(qū)域，被證實同時參與決策和元認(rèn)知（信心評估），打破了 “元認(rèn)知僅由前額葉皮層負(fù)責(zé)” 的傳統(tǒng)認(rèn)知，為理解大腦元認(rèn)知的神經(jīng)環(huán)路提供了新視角。

從應(yīng)用價值來看，這一發(fā)現(xiàn)有望為人工智能決策系統(tǒng)的優(yōu)化提供靈感 —— 當(dāng)前 AI 模型往往需要單獨的模塊評估決策置信度，而借鑒大腦的并行編碼機(jī)制，或許能開發(fā)出更高效、更貼近人類思維的智能系統(tǒng)。同時，它也為理解決策相關(guān)疾?。ㄈ缇穹至寻Y患者的信心判斷異常）提供了神經(jīng)層面的參考。

未來展望：大腦并行計算的更多秘密

這項研究雖然聚焦于視覺運(yùn)動決策，但它揭示的并行計算原則很可能適用于更廣泛的認(rèn)知場景 —— 比如學(xué)習(xí)新技能時的 “嘗試 - 信心” 聯(lián)動、購物時的 “選擇 - 滿意度” 同步評估等。

未來，研究團(tuán)隊計劃進(jìn)一步探究：這種并行編碼是否存在于大腦其他區(qū)域（如前額葉皮層）？不同感官模態(tài)（如聽覺、觸覺）的決策是否遵循相同機(jī)制？這些問題的解答，將幫助我們更全面地理解大腦如何高效處理復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)，揭開人類智能的核心奧秘。

簡單來說，這項研究告訴我們：大腦做決定時，從來不是 “先斬后奏”，而是 “邊斬邊評”—— 這種并行計算的智慧，正是我們能在不確定的世界中快速做出靠譜判斷的關(guān)鍵。

Vivar-Lazo, M., Fetsch, C.R. Neural basis of concurrent deliberation toward a choice and confidence judgment. Nat Neurosci (2025). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02116-9

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