确定大脑如何预测选择的后果

预测结果的行动来做出正确的决定是大脑功能的重要作用。这个过程被认为是通过两种不同机制的工作被称为“模范自由”和“模型”的学习。虽然灵活和适应性行为的基础,基于模型的神经生物学学习仍然知之甚少。

现在,在一项研究发表在科学杂志上神经元,科学家们确定一个大脑地区至关重要的这种类型的学习和展示其活动如何编码的多个方面的决策过程。

理清认知计划

“模范自由和基于模型的学习是不同的,但互补,”第一作者托马斯Akam说,牛津大学研究员,曾与鲁伊·科斯塔在这项研究中,研究员Champalimaud未知,现在中心主任和哥伦比亚Zuckerman研究所的首席执行官和彼得·达扬马克斯普朗克研究所的主任索生物控制论

而基于模型的方法依赖于理解问题的底层结构,创建一个计划,例如找出最好的路线去一家新餐馆,模范自由方法允许您迅速采取行动减少脑力劳动在熟悉的情况下。

“模范自由选择行动的方法简单地由过去,给了一个好的结果。在这个例子中,经过多次去餐厅,让这次旅行将变得完全习惯,解放你的大脑专注于其他事情,”科斯塔补充道。

根据作者,我们这些模式之间切换的表演甚至没有意识到。例如,如果你发现一个封闭的道路在你习惯的路线到餐馆,你可能很快过渡到提出了另一种基于模型的方法。

”这两种方法通常并行操作,创建一个挑战神经基础的研究基于模型的决策、“Akam说。

孤立的贡献这两个认知计划,研究人员开发出一种新颖的实验任务。

一个定制的难题

“我们适应一个任务,为人类最初开发,这样我们可以研究大脑机制老鼠”,Akam说。

老鼠将启动审判戳他们的鼻子到两个核心港口之一,坐落在另一片之上。这将照亮两侧港口之一,老鼠可以收集水奖励(一个位于左边,右边的其他中央端口)。

做任务好了,老鼠找出两个关键变量。第一个是侧孔更有可能提供一个奖励。第二是哪个中央端口激活侧孔更有价值的。一旦老鼠学习任务时,他们会选择行动序列,提供了最好的结果。

尽管这个任务看起来人工,Akam指出它捕获实际决策的某些重要特征。“就像在现实生活中,主题必须执行扩展的操作序列,与不确定的后果,为了得到想要的结果,”他解释说。

促进灵活的学习策略,时不时的,会发生两种变化。“操纵是开关中部和边之间的映射端口。边的其他是改变港口有较高的可能性给予奖励,”Akam解释道。

这种实验方法是如何有助于理清不同认知计划?“原则上,任务可以解决通过模范自由或基于模型的学习;老鼠可以简单地学习模范自由预测的前是好的,“或者他们可以学习的模型任务的奖励上导致左,左,“Akam说。“不过,这些不同的策略会产生不同模式的选择。通过观察受试者的行为我们可以评估的贡献的方法。”

当研究小组分析了230000个人决策结果了解到老鼠并行地使用这两种方法。“这证实了任务是适合学习这些机制的神经基础,”科斯塔说。“然后我们搬到下一个step-investigating这种行为的神经基础。”

一个神经的地图基于模型的学习

团队集中在大脑区域称为前扣带皮层(ACC)。“以前的研究证实,ACC参与行动选择和提供了一些证据表明它可能参与基于模型的预测,”科斯塔博士解释道。“但是没有人检查个别ACC神经元的活动任务旨在区分这些不同类型的学习。”

值得注意的是,研究人员发现,神经元的活动创建了一个地图,表示老鼠的行为的各个方面。“通过观察整个人口的活动我们可以解码的模式非常准确地在审判这个话题。例如,如果是选择港口底部,还是从顶部到正确的端口,或者接受奖励在左边,“Akam叙述了。

除了代表动物的当前位置在任务,ACC神经元也编码状态可能是下一步的目标。“这提供了直接证据,ACC参与基于模型预测的具体行动的后果,不仅仅是他们是否好或坏,”科斯塔说。

此外,ACC神经元也代表行为的结果是否预期或奇怪,可能提供一个机制来更新预测,当他们被证明是错误的。

最后,测试所需ACC是否基于模型的决策,团队沉默ACC神经元在个别试验中,动物们决定选择什么选项。因此,“老鼠未能正确地更新他们的策略,认为沉默ACC阻止动物使用基于模型的预测。与这个解释相一致的是,ACC沉默对受试者的影响更强更依赖基于模型的策略,”Akam解释道。

“这些结果非常令人兴奋,”科斯塔指出。“这些数据确定前扣带皮层作为一个关键脑区在基于模型的决策,更确切地说在世界上预测会发生什么,如果我们选择做一个特定的行动与另一个。”

下一个步骤

根据作者的观点,一个巨大的挑战在当代神经科学是理解大脑如何控制复杂的行为规划和序贯决策。“我们的研究是第一个证明可以研究这些方面的决策在老鼠身上,“Akam说。

“这些结果将使我们和其他人使用强大的工具来监控和操纵大脑活动在这个物种建立机械的理解灵活决策,”他总结道。