Nat Neurosci重磅：選擇與信心在大腦中“同步”形成！揭秘決策與元認知的并行神經(jīng)機制

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基本信息

Title:Neural basis of concurrent deliberation toward a choice and confidence judgment

發(fā)表時間：2025.11.18

Journal：Nature Neuroscience

影響因子：20.0

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研究背景

我們做出判斷后，通常會評估對該決定的把握程度，即決策信心，這是一種對自身決策正確概率的內(nèi)部估計 。

信心在靈活行為和元認知（Metacognition）中具有核心地位 。它不僅在缺乏明確反饋時指導學習，還通過調(diào)節(jié)對結(jié)果的意外程度，來驅(qū)動學習率的調(diào)整，并在序列或?qū)蛹墰Q策中充當關鍵的橋梁 。

然而，在動態(tài)證據(jù)積累（Dynamic Evidence Accumulation）的理論框架內(nèi)，選擇（Choice）和信心（Confidence）形成的相對時序一直存在爭議 。主要的理論模型可分為三類：

• 串行模型（Serial Models）：假設證據(jù)積累過程首先解決選擇，隨后啟動一個獨立的二級過程，即后決策積累（postdecision accumulation），專門用于信心判斷 。

• 并行模型（Parallel Models）：提出選擇和信心是同時啟動且在時間上重疊的過程，證據(jù)流在積累的任何時間點都可映射到正確的概率 。

這場辯論的核心在于，大腦是否必須等到選擇結(jié)束后才能評估信心（串行），還是能夠?qū)崟r生成并使用在線信心（online confidence），從而避免認知瓶頸并提高決策效率 。本研究旨在通過神經(jīng)生理學證據(jù)，解決這一元認知架構的根本性爭議。

研究核心總結(jié)

研究人員通過訓練兩只獼猴執(zhí)行一項投注式決策任務（peri-decision wagering, peri-dw），使其通過一次眼動同時報告感知決策和對該決策的信心水平（高/低投注）。同時，研究團隊記錄了側(cè)頂葉內(nèi)區(qū)腹側(cè)（LIPv，簡稱LIP）的群體脈沖活動，LIP是后頂葉皮層（PPC）的關鍵區(qū)域，已知代表決策變量（Decision Variable, DV），并與證據(jù)積累過程息息相關。

Fig. 1 | Task sequence, behavioral performance and model schematics.

1. 行為與計算模型的關鍵發(fā)現(xiàn)

行為分析首先證實了投注是衡量信心的有效指標，且經(jīng)典心理物理學結(jié)果（如反應時與信心的負相關）在猴子行為中得到復現(xiàn) 。

通過計算刺激波動對選擇和投注的影響隨時間的變化（即心理物理核），分析顯示，信心和選擇的刺激利用時間序列存在顯著時間重疊，這排除了必須先完成選擇再進行信心評估的嚴格串行策略。

Fig. 2 | Psychophysical kernels and CoM for choice and wager.

在 “有界累積模型” 的對比中，研究人員發(fā)現(xiàn)，串行模型難以重現(xiàn)猴子在錯誤試次中信心隨證據(jù)強度增加的經(jīng)驗趨勢，即 “折疊X模式” 缺席。對錯誤試次的定量模型比較最終證實，并行累積模型（Parallel Accumulation Model）獲得了最強支持，其機制在于單個證據(jù)流同時服務于選擇和信心判斷。

Fig. 3 | Comparison of parallel, serial and hybrid model fits.

1. 神經(jīng)生理學機制：并行與正交編碼

LIP被確定為這一并行架構的潛在神經(jīng)基礎。神經(jīng)活動分析提供了以下關鍵的機制性證據(jù)：

• 并行評估的神經(jīng)標志：LIP神經(jīng)元的群體平均放電率顯示，反映證據(jù)積累的活動匯聚和分化，幾乎在運動開始后約 200 ms 左右同步發(fā)生，沒有表現(xiàn)出選擇先于信心（即投注）的時間分離。同時，通過分析神經(jīng)活動的統(tǒng)計特征，如條件期望自相關（CorCE），結(jié)果高度匹配標準（同步）證據(jù)積累過程的理論預測，明確排除了需要時間隔離的延遲積累模型。這強有力地支持了證據(jù)積累驅(qū)動并發(fā)評估（concurrent deliberation）的機制。

Fig. 4 | Temporal properties of neural activity in LIP during the peri-dw task.

• 神經(jīng)決策變量的近零時滯更新：使用邏輯分類器對群體活動進行解碼，研究人員提取了選擇和信心的神經(jīng)決策變量（Neural DV，即log odds）。解碼結(jié)果顯示，選擇和信心的預測精度和神經(jīng)DV軌跡從運動開始后約 200 ms 起同步上升。更精確的跨時滯分析顯示，在整個決策階段，選擇解碼強度與信心解碼概率之間存在最強的關聯(lián)，發(fā)生在零時滯 ( Δt = 0 )。這一發(fā)現(xiàn)意味著決策和信心表征的內(nèi)部更新是近乎同時完成的，規(guī)避了認知處理中的串行瓶頸。

Fig. 5 | Population decoding supports concurrent, but orthogonal, readout of choice and wager.

• 正交編碼實現(xiàn)高效多路復用：為了理解LIP如何同時編碼兩個計算目標，研究人員計算了選擇和信心解碼向量之間的角距離。結(jié)果顯示，在決策期間，這兩個解碼向量近似正交。這種正交多路復用表征（orthogonal multiplexing representation）是一種高效的神經(jīng)編碼策略，它確保了LIP這一單一的感覺運動區(qū)域，可以在沒有干擾的情況下，將單個證據(jù)流轉(zhuǎn)化為兩個獨立的計算結(jié)果（一個分類判斷和一個準確性預測），并供下游腦區(qū)進行解耦讀取。

Fig. 6 | Predictive relationship between choice and confidence signals in LIP.

總之，這項研究通過行為和神經(jīng)生理學的證據(jù)，強有力地支持了元認知并行架構的本質(zhì)（即選擇與信心同時形成），并將側(cè)頂葉內(nèi)區(qū)LIP確定為實現(xiàn)這種近零時滯、高效信息處理的關鍵神經(jīng)基礎。這一發(fā)現(xiàn)對于理解大腦如何同時進行復雜決策和評估其信心或質(zhì)量，具有重要的理論意義。

Abstract

Decision confidence plays a key role in flexible behavior and (meta)cognition, but its underlying neural mechanisms remain elusive. To uncover the latent dynamics of confidence formation at the level of single neurons and population activity, we trained nonhuman primates to report a perceptual choice and the associated level of confidence with a single eye movement on every trial. Monkey behavior was well fit by a bounded accumulator model, where choice and confidence are processed concurrently, but not by a serial model, where choice is resolved first, followed by postdecision accumulation for confidence. Neurons in the lateral intraparietal area (LIP) reflected concurrent accumulation, showing covariation of choice and confidence signals across the population, and within-trial dynamics consistent with parallel updating at near-zero time lag. The results demonstrate that the primate brain can process a single stream of evidence in service of two computational goals simultaneously and suggest area LIP as a candidate neural substrate for this ability.

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分享人：飯哥

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部