目标导向行为中的价值和神经表征

目标导向行为中的价值和神经表征
任务和行为测量。(A) task中120个项目中的7个。(B)该任务涉及两个不同的目标:点燃一团火(燃烧目标:橙色火焰)和锚定一艘船(锚定目标:蓝绿色锚)。在本文的其余部分,这些目标与所呈现的图标和颜色相关联。(C)第一天,受试者评估每个项目对每个目标的有用性,并报告他们对评估(评估试验)的信心。在第2天,我们获取了功能磁共振成像数据,让参与者单独体验第1天的项目(想象试验)或成对体验(选择试验)。在想象实验中,他们被要求想象用这个物品来实现当前的目标。在选择试验中,他们的任务是选择他们认为对当前目标更有价值的物品;在被选择的项目下面有一颗黄色的星星,以确认选择。(D)主观评价取决于决策者的目标,如这里所示。 A wooden chair is useful for burning, unlike a metal chair (although perceptually similar) or a safe box. In contrast, the safe box and, to some extent, the metal chair, might be useful for anchoring, unlike the wooden chair. (E) Dissimilarity matrices between items under the two goals, built on estimations of a sample participant. Each entry of the matrices indicates the absolute difference in subjective usefulness (plotted below the matrices in orange and teal) between a pair of items. (F) Top: We separately tested the relation between choice and the usefulness reported by participants for the same goal (congruent case; black arrow) or the alternative goal (incongruent case; gray arrow). Bottom: On day 2, choices were predicted by the usefulness assigned on day 1 for the congruent goal but were unrelated to the incongruent goal. Credit:科学的进步, doi: 10.1126 / sciadv.abd5363

在享乐主义方面,价值通常与奖励联系在一起。然而,当环境改变时,价值也必须改变。在这项研究中,G. Castegnetti和英国伦敦大学学院认知神经科学研究所和维康人类神经成像中心的一个研究团队研究了在不同的行为目标下,大脑中的价值表征是如何被重塑的。为了实现这一点,他们设计了一项新任务,将有用性与享乐属性分离开来,研究灵活的目标相关映射。在这项工作中,Castegnetti等人展示了区域如何在前额叶皮层与数值计算相关联,以实现特定的目标。然后,研究小组在前额叶皮层中确定了一种编码方案来代表价值观,而不管其目标是支持跨上下文的泛化。目标的改变触发了价值的神经表征的重组,以实现灵活的行为。

目标导向行为

如果一个人在飞机坠毁后被困在荒岛上,他们可能需要在金属椅子和木制椅子之间选择生火取暖。这个目标与选择椅子的目标非常不同。例如,木制的椅子很适合燃烧,但坐在上面可能不舒服,而金属的椅子不能燃烧。这些家具的共同概念因此在其他概念子空间中有很大的不同。尽管有这些差异,大脑可以很容易地提供这些复杂性的答案。神经科学家已经越来越了解支持这种基于价值的决策的神经回路。这为腹内侧前额叶皮层(vmPFC),尽管算法实现这个值计算迄今为止仍然是难以捉摸的。在这项研究中,Castegnetti等人测试了即使在没有明确评价或选择的情况下,改变目标是否会触发感知信息的重组。该团队展示了如何在自顶向下的控制下快速地进行重新映射,以及人类如何在非常抽象的、迄今未遇到的场景下灵活地执行这项任务。

目标导向行为中的价值和神经表征
单因素分析结果。对于选择,显示的集群表明与已选和未选项目的值之间的有符号差异正相关的活动。对于想象,这些簇表明活动与所呈现的项目的一致价值正相关。所有聚类以未校正的P < 0.001阈值进行识别,然后以fwe校正的P < 0.05进行识别。信贷:科学的进步, doi: 10.1126 / sciadv.abd5363
实验

为了理解这一点,研究人员设计了一项实验,让人类志愿者进行功能性神经成像,同时想象使用不同的物品来实现不同的目标。然后,科学家们测试了目标操纵的效果使用功能性磁共振成像(fMRI)与数据表征相似性分析(RSA)研究大脑活动模式的表征语境。结果显示vmPFC ()为价值编码了一个分布式代码,它独立于决策者的当前目标。

在实验的第一天,Castegnetti等人在三个不同的阶段中获得了120个项目的主观变化。在第一阶段,参与者确定了他们对每件物品的熟悉程度及其非货币价值。在第二和第三阶段,他们评估了每个项目对实现两个目标的有效性——生火和抛锚。然后他们报告了自己对这些评估的信心。研究小组注意到,这些分数之间的微弱相关性对于明确区分它们对大脑活动和行为的标志性影响至关重要。第二天,研究小组对参与想象和选择两种测试的参与者进行了功能磁共振成像扫描。在想象实验中,他们被要求生动地想象如何使用一个物品来实现一个目标。选择的平均反应时间是1.47秒,不受目标操纵的影响,这表明两个目标相对于难度是大致平衡的。

目标导向行为中的价值和神经表征
RSA探照灯的结果。(A)项目身份、材料和有用性表示的示意图。蓝线和红线分别表示正相关和负相关。在中央面板中,由于相应的元素已从RDM中移除,以确保项目材料和身份之间的独立性,因此连接同一项目目标的线不在其中(参见方法)。(B)大脑区域的活动遵循上述表示,如识别的体积探照灯。所有显示的聚类用聚类定义阈值P < 0.001进行检测,用置换检验P < 0.05进行fwe校正。Louis Collins, McGill University, Montreal neuroinstitute, McConnell Brain Imaging Centre。信贷:科学的进步, doi: 10.1126 / sciadv.abd5363

神经成像-单变量和多变量分析

参与者的选择是由物品对当前目标的有用性指导的,而不是基于它们在其他情况下的价值。因此,该团队假设,vmPFC的活动主要与价值计算和选择相关,也将仅受一致性有用性的调节。为了验证这一点,他们将在选择过程中观察到的血氧水平依赖(BOLD)信号与被选择和未被选择的有用性之间的符号差异进行了回归。结果表明,vmPFC活动中的价值信号并不是相对于主观偏好的绝对属性,而是由项目对决策者当前目标的有用性决定的。根据参与者的数据,他们没有注意到vmPFC或后扣带皮层或者在前额叶的其他区域,甚至在自由阈值,表明这些区域有限地参与到有用性触发行为反应的情况中。研究小组接下来研究了多变量分析方法来测试大脑活动模式的表征内容。

目标导向行为中的价值和神经表征
分析了信心。(A)用于信心分析的roi。这些roi是根据探照灯绘制的有用性相关图(vmPFC、OFC和dlPFC)中获得的统计上有意义的聚类定义的。(B)信心表征与代表有用性的三个前额叶区域的大脑活动之间的相关性。* * P < 0.01。(C)基于roi分析的分析管道,量化有用性和置信度神经方案之间的重叠。图中中心的矩阵表示在T次试验(水平维度)上ROI中N个体素的活动向量(垂直维度)。然后,每个体素(即长度为T的矩阵的每一行)的逐次试验活动,与每次试验中有用性和信心的主观估计向量进行线性回归。每种回归都为每个体素产生一个系数;由于我们对每个体素做了两次回归,一次是有用性回归,一次是信心回归,这导致每个体素有两个系数,描述了有用性和信心体素活动之间的线性关系(分别是BiU和BiC, i = 1,…,N)。 The absolute values of these coefficients were interpreted as the degree to which the corresponding voxel participates in the representation of usefulness and confidence and were grouped in two participation vectors, which summarized the extent to which the voxels in the ROI took part in the representation of usefulness and confidence. The correlation between the two participation vectors was then taken as an indication of whether the representations of usefulness and confidence were supported by the same neural code or by overlapping but distinct codes. Credit:科学的进步, doi: 10.1126 / sciadv.abd5363

在大脑中理解价值和信心

对有用性评估的信心也影响了行为,表明信心与指导两方面决策的价值密切相关动物人类。结果表明,输入刺激因素与行为有用性和信心之间存在整合。因此,Castegnetti等人寻找支持整合代码的神经活动的证据。在进行了RSA(表征相似性分析)后,他们在vmPFC(腹内侧)表示有用性),眼窝前额皮质(OFC),背外侧前额叶皮层(dlPFC)区域,因为他们突出了一个共同的价值货币在前额叶区域。科学家们注意到信心和OFC的神经活动之间有显著的相关性,而vmPFC和dlPFC没有显示血氧水平依赖信号和信心之间有显著的相关性。研究人员此前曾提出,自信和相关的决策准确性天生就有价值自动集成值信号。虽然有用性依赖于目标,但研究小组发现,在vmPFC区域,高有用性的表现在目标之间是守恒的,而在OFC和dlPFC区域没有发现证据。

目标导向行为中的价值和神经表征
交叉分类。(A)交叉分类程序示意图。训练目标特异性分类器将多体素的大脑活动分类为高值或低值类别。接下来,我们计算了这些分类器在对同一目标(目标内分类)或备选目标(跨目标分类)获得的大脑数据进行分类时的准确性。(B)对于在相同目标或不同目标下获得的活动,将多体素大脑活动分类为高值或低值试验的平均分类器准确性。* P < 0.05;* * P < 0.01;* * * P < 0.001。n,不重要。信贷:科学的进步, 10.1126 / sciadv.abd5363
前景

通过这种方式,G. Castegnetti和他的同事们研究了人类大脑是如何根据决策者目标的变化灵活地调整其有用性的神经表征的。这项工作为大脑的前额叶区域如何调整神经表征相对于行为目标的变化提供了经验证据。研究结果与通常认为的奖励和愉悦相等的观点有所不同,而是强调了目标依赖的有用性表征在指导选择和构建价值方面的作用。绘制大脑如何计算这些壮举将为理解和设计灵活的认知架构提供重要线索。


进一步探索

大脑中负责记忆自我偏向的区域

更多信息:Castegnetti G.等人。在目标导向的行为中,有用性如何塑造神经表征,科学的进步,DOI: 10.1126 / sciadv.abd5363

Martino B.等。对基于价值的选择的信心,自然神经科学,doi.org/10.1038/nn.3279

Camillo Padoa-Schioppa等人。眼窝前额皮质的神经元编码经济价值,自然(2006)。DOI: 10.1038 / nature04676

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引用:目标导向行为中的价值和神经表征(2021年4月23日)从//www.pyrotek-europe.com/news/2021-04-neural-representations-goal-directed-behavior.html检索到2021年4月28日
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