观察大脑中的决策过程

在决定是否继续阅读这篇文章的过程中，你可能会几次改变主意。虽然你的最终选择对旁观者来说是显而易见的——你会继续滚动和阅读，或者你会点击另一篇文章——但你在这个过程中进行的任何内部思考对任何人来说都很可能是不可思议的，除了你自己。这种隐秘的犹豫是这项研究的重点，该研究发表在1月20日的《科学》杂志上自然斯坦福大学(Stanford University)的研究人员研究了认知思考如何反映在神经活动中。

这些科学家和工程师开发了一种系统，可以读取和解码猴子的大脑活动。大脑细胞同时，这些动物被要求识别移动点的动画是轻微向左移动还是向右移动。该系统成功地揭示了猴子的行为决策实时处理，一路上优柔寡断的潮起潮落。

“我只是看着屏幕上解码的活动痕迹，不知道这些点在向哪个方向移动，也不知道猴子在做什么，我可以告诉实验室经理萨尼娅(Sania Fong)，“他会选择正确的，”几秒钟后，猴子开始运动，报告同样的选择，”神经生物学前博士后学者、论文的联合主要作者迪奥戈·佩克托(Diogo Peixoto)回忆道。“我有80%到90%的正确率，这让我更加确信这种方法是有效的。”

在随后的实验中，研究人员甚至能够通过对点运动的潜意识操纵来影响猴子的最终决定。

“从根本上说，我们的大部分认知都是由于持续的神经活动这项研究的资深作者、斯坦福大学医学院神经生物学系哈曼家族教务长威廉·纽瑟姆说:“这并没有在行为上明显反映出来，所以这项研究令人兴奋的是，我们已经证明，我们现在可以识别和解释这些隐蔽的内部神经状态。”

Newsome补充说:“我们打开了一扇通往认知世界的窗户，这是迄今为止科学不透明的世界。”Newsome同时也是吴蔡神经科学研究所的Vincent V.C. Woo主任。

一次做一个决定

关于决策的神经科学研究通常涉及在数百次试验中估计脑细胞群的平均活动。但是这个过程忽略了单个决策的复杂性，以及每个决策实例都略有不同的事实:影响你今天是否选择阅读这篇文章的无数因素与影响你明天做出相同决定的因素是不同的。

杰西卡·弗海因医学博士说:“认知真的很复杂，当你对一系列试验进行平均时，你会错过我们如何产生感知以及我们如何做出选择的重要细节。”神经科学专业的学生，论文的共同主要作者。

在这些实验中，猴子身上安装了一个小拇指指甲大小的神经植入物，当它们在屏幕上显示数字点时，该植入物每10毫秒报告100到200个单个神经元的活动。研究人员将这种植入物放置在背侧运动前皮层和初级运动皮层因为，在之前的研究中，他们发现这些大脑区域的神经信号传达了动物的决定以及它们对这些决定的信心。

每个移动圆点的视频都是唯一的，持续时间不超过两秒，猴子们只在提示时才报告它们对圆点是向右移动还是向左移动的决定——在正确的时间给出正确的答案可以获得果汁奖励。猴子们通过按下显示器上的左右键，清楚地表明了他们的选择。

然而，在猴子的大脑中，决策过程就不那么明显了。神经元通过快速爆发的嘈杂电信号进行交流，这些电信号与大脑中的其他活动一起发生。但Peixoto能够很容易地预测猴子的选择，部分原因是他看到的活动测量数据首先是通过信号处理和解码管道提供的，该管道基于克里希纳·谢诺伊(Krishna Shenoy)实验室多年的工作，谢诺伊是工程学院的洪森和维维安·w·m·林教授(Hong Seh and Vivian W. M. Lim)、神经生物学和生物工程学教授，以及霍华德·休斯医学研究所的研究员。

Shenoy的团队一直将他们的实时神经解码技术用于其他目的。“我们一直试图通过解读瘫痪患者的意图来帮助他们。例如，他们可以思考他们想要如何移动他们的手臂，然后这个意图通过解码器来移动屏幕上的计算机光标来输入信息，”论文的合著者谢诺伊说。“所以，我们不断测量神经活动，一毫秒一毫秒地解码，然后根据这些信息迅速采取相应的行动。”

在这项特殊的研究中，研究人员并没有预测手臂的即时运动，而是想通过手臂运动来预测即将到来的选择的意图新算法．受纽瑟姆实验室前博士后学者Roozbeh Kiani工作的启发，Peixoto和同事完善了一种算法，该算法从背侧运动前皮层和初级运动皮层的神经元群中接收噪声信号，并将它们重新解释为“决策变量”。这个变量描述了在做出移动决定之前大脑中发生的活动。

Peixoto说:“有了这个算法，我们可以在猴子移动手指之前就解码出它的最终决定，更不用说它的手臂了。”

三个实验

研究人员推测，决策变量的正值越多，表明猴子对点向右移动的信心越强，而负值越多，表明猴子对点向左移动的信心越强。为了验证这一假设，他们进行了两个实验:一个是一旦决策变量达到某个阈值，他们就会停止测试;另一个是当变量似乎表明猴子的决定出现急剧逆转时，他们就会停止测试。

在第一个实验中，研究人员在五个随机选择的水平上停止测试，在最高的积极或消极决策变量水平上，变量预测猴子的最终决策的准确率约为98%。在第二个实验中，猴子可能已经改变了主意，预测几乎同样准确。

在第三个实验之前，研究人员检查了在猴子被刺激的变化分心之前，他们可以在测试中添加多少个点。然后，在实验中，研究人员在明显的阈值以下添加点，看看它是否会在潜意识中影响猴子的决定。而且，尽管这些新点非常微妙，它们有时确实会使猴子的选择偏向它们移动的方向。如果这些新点是在试验早期添加的，并且是在猴子的决策变量很低的任何时候添加的，这表明确定性水平较低，那么它们的影响就会更强。

“由杰西(弗海因)领导的最后一个实验，确实让我们排除了一些常见的决策模式，”纽瑟姆说。根据一个这样的模型，人和动物在审判过程中根据累积的证据做出决定。但如果这是真的，那么研究人员用新点引入的偏差无论何时引入都应该具有相同的效果。相反，研究结果似乎支持了另一种模型，即如果受试者对自己脑海中的决策有足够的信心，或者花了太长时间思考，他们就不太倾向于考虑新的证据。

新的问题，新的机会

谢诺伊的实验室已经在有神经功能障碍的人身上重复这些实验，他们使用了同样的神经植入物。由于人类和非人类灵长类动物大脑之间的差异，结果可能会令人惊讶。

本系统的潜在应用有待进一步研究决定制作包括对视觉注意力、工作记忆或情绪的调查。研究人员认为，他们的关键技术进步——通过实时神经记录监测和解释隐蔽的认知状态——应该对认知神经科学有价值，他们很高兴看到其他研究人员如何在他们的工作基础上继续发展。

谢诺伊说:“我们希望这项研究能引起一些本科生或刚毕业的研究生的兴趣，让他们参与到这些问题中来，并在接下来的40年里继续向前发展。”

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