自從放了暑假，小胖就承擔(dān)起了家里的一項重大決策任務(wù)：去水果攤買水果。這天小胖來到西瓜攤，心想香蕉是看顏色挑的，西瓜想必也是綠色越淺越好吃。沒想到這個淺綠的瓜一切開，倒是把媽媽臉氣綠了。

來源: tech.sina.com.cn/other/2004-06-17/1436376950.shtml

小胖不信邪，下一次精挑細選了一個顏色最淺的瓜，結(jié)果還是不好吃。也許買西瓜不應(yīng)該看顏色？經(jīng)過多次嘗試，小胖終于掌握了觀察瓜蒂形狀的挑瓜大法。過了幾天，小胖胸有成竹的再次接過媽媽給的二十塊錢，卻不想媽媽說：“最近吃瓜吃膩了，今天去買兩斤荔枝吧！”唉，又要重新開始摸索方法了。。。
作為人類行為的司令部，大腦是如何指導(dǎo)這些生活中大大小小的決策的呢？經(jīng)典的感知決策研究通過訓(xùn)練人和實驗動物做一些明確而固定的任務(wù)（如下圖），去探索大腦基于感知的選擇機制(Gold and Shadlen, 2007)。

來源: shadlenlab.columbia.edu/

真實世界的決策就像小胖挑水果一樣，在做感知決策這個”戰(zhàn)術(shù)任務(wù)” （”哪個瓜的皮更綠？”）之前，還有一個更重要的”戰(zhàn)略判斷”（關(guān)鍵問題是”瓜皮顏色”還是”瓜蒂形狀”？）；而且往往找到關(guān)鍵的問題比找到正確的答案更困難。根據(jù)瞬息萬變的具體情況靈活調(diào)整”戰(zhàn)略方向”，在”戰(zhàn)術(shù)任務(wù)”之間切換，是高等動物得以學(xué)習(xí)和創(chuàng)造的基。餐槍露樂、藥物濫用和老年癡呆等常見疾病最先傷害的認(rèn)知功能(Brady, Gray and Tolliver, 2011; Parker and Newsome, 1998; Dickstein et al., 2007)。但是，腦在做決策的時候，對于”戰(zhàn)略”和”戰(zhàn)術(shù)”是否是兩個獨立的問題呢？

近期，來自匹茲堡大學(xué)Marlene Cohen教授研究組的最新工作提示這兩種貌似不同層面的認(rèn)知的神經(jīng)機制，卻是互相影響不可分離的。九游會j9很榮幸邀請到該文章的第一作者薛澄博士對這項最新工作開展解讀，該文發(fā)表在最新一期的Neuron雜志 (Xue, Kramer and Cohen, 2022)。

薛澄博士，于南京大學(xué)匡亞明學(xué)院與物理學(xué)院獲得本科與碩士學(xué)位，博士期間師從哥廷根大學(xué)Stefan Treue教授，于德國靈長類中心研究視覺注意的神經(jīng)機制。畢業(yè)后在美國匹茲堡大學(xué)Marlene Cohen組繼續(xù)博士后工作，使用行為獼猴電生理，人類心理物理，計算神經(jīng)(包括脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))等手段研究靈活決策行為的神經(jīng)機制。代表工作以第一作者發(fā)表于Neuron，PNAS，Cerebral Cortex, Journal of Neuroscience等主流學(xué)術(shù)期刊。目前擔(dān)任匹茲堡大學(xué)神經(jīng)科學(xué)系研究助理教授，即將赴芝加哥大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)系擔(dān)任專職研究員。

認(rèn)知狀態(tài)讀心術(shù)

不管是”戰(zhàn)略方向”還是”戰(zhàn)術(shù)任務(wù)”，這些決策相關(guān)的認(rèn)知狀態(tài)，在做出選擇行為之前都隱藏在九游會j9的大腦這個黑匣子里。如何去探索靈活決策行為的神經(jīng)機制呢？作者訓(xùn)練獼猴做一個類似于小胖挑水果的任務(wù)：猴子需要依據(jù)屏幕上光柵刺激的位置或者疏密做出感知決策（“戰(zhàn)術(shù)任務(wù)“），而這兩者哪個才是關(guān)鍵特征，則需要猴子經(jīng)過多次試驗總結(jié)出來（“戰(zhàn)略判斷”）。實驗者通過偶爾切換關(guān)鍵特征，則可以不斷重復(fù)這一嘗試和學(xué)習(xí)的過程。與此同時，作者使用侵入式大規(guī)模電生理記錄采集了初級視皮層V1區(qū)（負(fù)責(zé)視覺感知）的神經(jīng)元群和頂葉皮層7a區(qū)（負(fù)責(zé)多種任務(wù)間切換）的神經(jīng)元群的電活動，將大腦中正在進行的”戰(zhàn)略判斷” 和“戰(zhàn)術(shù)決策”的信號實時讀取出來，以便研究兩者的互相影響和互動關(guān)系（圖1）。

戰(zhàn)略上的自信，戰(zhàn)術(shù)上的優(yōu)勢

有意思的是，行為數(shù)據(jù)說明，靈活決策并不能分離為找到關(guān)鍵問題和找到這個問題的答案這兩個獨立的過程。事實上，當(dāng)被試對自己的”戰(zhàn)略方向” 比較自信時（比如小胖第一次挑瓜，堅信瓜皮顏色是關(guān)鍵），同樣的”戰(zhàn)術(shù)任務(wù)”（比較兩個瓜的瓜皮顏色）會比不自信時（比如小胖第二次挑瓜，雖然姑且還是按顏色挑，但對顏色是否重要產(chǎn)生懷疑）完成的更好。
后續(xù)實驗證實，人類行為中也有相同的現(xiàn)象（圖2）。

圖2：人類與獼猴的”戰(zhàn)術(shù)任務(wù)”表現(xiàn)在”戰(zhàn)略判斷”自信情況下(橫軸)比不自信情況下(縱軸)更好

而在神經(jīng)機制層面上，作者發(fā)現(xiàn)，從7a區(qū)神經(jīng)元群讀取的”戰(zhàn)略判斷”（按顏色挑瓜）的自信度，與從V1區(qū)神經(jīng)元群讀取到對應(yīng)的”戰(zhàn)術(shù)決策”（瓜A比瓜B更綠）的自信度呈正關(guān)聯(lián)，而與和”戰(zhàn)略方向”無關(guān)的”戰(zhàn)術(shù)決策”（瓜A比瓜B更大）的自信度無關(guān)聯(lián)（圖3）。這些結(jié)果說明所謂”戰(zhàn)略自信導(dǎo)致戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢”的行為現(xiàn)象并不是由被試整體的清醒或?qū)Ｗ⒊潭鹊确翘禺愋誀顟B(tài)導(dǎo)致的現(xiàn)象，而是戰(zhàn)略上的認(rèn)知選擇性的改變了戰(zhàn)術(shù)上的感知的結(jié)果。后續(xù)工作則通過新設(shè)計的線上人類實驗和搭建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，更進一步說明這一現(xiàn)象的神經(jīng)機制可能與工作記憶對有用信息的篩選有關(guān)。

圖3：從神經(jīng)元群活動讀取的”戰(zhàn)略自信”越強，相關(guān)特征的”戰(zhàn)術(shù)決策”也越清楚；但與不相關(guān)特征的”戰(zhàn)術(shù)決策”無關(guān)

戰(zhàn)術(shù)自信的漲落影響戰(zhàn)略的調(diào)整

“戰(zhàn)略判斷”對”戰(zhàn)術(shù)任務(wù)”的影響也并非是一條單向道：很顯然，”戰(zhàn)略方向”的調(diào)整依靠的也是對”戰(zhàn)術(shù)決策”的復(fù)盤反思。就像小胖學(xué)習(xí)挑西瓜的過程中，通過多次嘗試確認(rèn)自己辨別瓜皮顏色的”戰(zhàn)術(shù)決策”沒有錯，才認(rèn)識到錯誤的是戰(zhàn)略方向，并進一步做出調(diào)整。問題是，這個”通過戰(zhàn)術(shù)復(fù)盤調(diào)整戰(zhàn)略”的過程，依據(jù)的僅僅是客觀事實嗎？兩次一模一樣的經(jīng)歷，是否對決策戰(zhàn)略的調(diào)整就一定有相同的影響呢？為了解答這個問題，作者搭建了一個貝葉斯模型，通過從獼猴V1區(qū)神經(jīng)元群讀取到的”戰(zhàn)術(shù)決策”的自信度，結(jié)合獼猴的做出的選擇和得到的反。ピげ忖ê鋟此脊敬問匝櫚木楹，下一次試驗的”戰(zhàn)略判斷”。由于大腦內(nèi)的信號噪聲和各種主觀因素影響，即使兩次試驗從外部觀察是一模一樣的經(jīng)歷，作者從V1區(qū)神經(jīng)元群讀取到的自信度也會有漲落。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些”戰(zhàn)術(shù)層面”上相對主觀的自信度漲落，對于模型預(yù)測獼猴下一次試驗的”戰(zhàn)略調(diào)整”也是不可或缺的（圖4）。

這些結(jié)果說明，九游會j9日常生活中的靈活決策，在大腦中并非是作為”戰(zhàn)略判斷”和”戰(zhàn)術(shù)任務(wù)”兩個獨立的問題處理，而是一個整合在一起的涉及多個腦區(qū)的系統(tǒng)。
這些發(fā)現(xiàn)至少可以帶來三方面的啟發(fā)：

01

靈活調(diào)整”戰(zhàn)略方向”依賴于負(fù)責(zé)”戰(zhàn)術(shù)任務(wù)”的腦區(qū)的信號和噪聲，這意味著那些傷害九游會j9認(rèn)知靈活性的神經(jīng)疾病的機制，或許遠比九游會j9想象的廣泛而復(fù)雜，其關(guān)鍵可能在于不同腦區(qū)之間的交流。

02

以本文的結(jié)果為例，人類的決策行為有諸多奇特的現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象都有其生物基礎(chǔ)。在機器學(xué)習(xí)飛速進步的時代，開發(fā)出超越人腦決策能力的算法似乎已經(jīng)近在咫尺，但或許只有當(dāng)九游會j9完全理解人腦的決策機制，很多社會問題才有希望找到答案。

03

別再鄙視你的老板天天給你畫大餅講廢話了，也許他/她是為了增強你的戰(zhàn)略信心，幫助你更好的完成KPI。

參考文獻：

1.Brady, K. T., Gray, K. M. and Tolliver, B. K. (2011) 'Cognitive enhancers in the treatment of substance use disorders: clinical evidence', Pharmacol Biochem Behav, 99(2), pp. 285-94.

2.Dickstein, D. P., Nelson, E. E., McCLURE, E. B., Grimley, M. E., Knopf, L., Brotman, M. A., Rich, B. A., Pine, D. S. and Leibenluft, E. (2007) 'Cognitive flexibility in phenotypes of pediatric bipolar disorder', J Am Acad Child Adolesc Psychiatry, 46(3), pp. 341-355.

3.Gold, J. I. and Shadlen, M. N. (2007) 'The neural basis of decision making', Annu Rev Neurosci, 30, pp. 535-74.

4.Parker, A. J. and Newsome, W. T. (1998) 'Sense and the single neuron: probing the physiology of perception', Annu Rev Neurosci, 21, pp. 227-77.

5.Xue, C., Kramer, L. E. and Cohen, M. R. (2022) 'Dynamic task-belief is an integral part of decision-making', Neuron.

對于感知覺決策的研究，九游會j9可以借助電生理、行為學(xué)、心理學(xué)等研究手段開展分析，也可以借助工具病毒載體以及光遺傳、化學(xué)遺傳學(xué)等操控手段開展腦活動的干預(yù)，分析決策的因果和神經(jīng)機制。九游會j9生物可為神經(jīng)科學(xué)研究提供全面、高質(zhì)、性價比超高的病毒載體，助力腦科學(xué)發(fā)展！