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大脑运用数学技巧来理解世界

2019-04-15 09:43:08   来源:
导读 即使我们发现很难在现场计算复杂的概率,我们的大脑也会在没有我们意识的情况下不断地进行这些计算 - 而且它们非常擅长。普林斯顿大学的

即使我们发现很难在现场计算复杂的概率,我们的大脑也会在没有我们意识的情况下不断地进行这些计算 - 而且它们非常擅长。

普林斯顿大学的研究人员在一项新的研究中表明,我们的大脑如何将来自周围环境的复杂观察结果简单地评估,以帮助我们的行为和决策。这种简化的表示形式也足够灵活,可以在新信息可用时对其进行说明。研究人员发现,我们的大脑可以准确地跟踪我们在周围看到的几种不同解释的可能性。他们将这些能力追溯到位于我们眼睛后面的大脑区域,称为眶额皮层。这项工作于7月27日在“神经科学杂志”上发表。

“当我试图过马路时,我实际上并没有分析现场的每一点,”心理学副教授和普林斯顿神经科学研究所(PNI)的Yael Niv说道,他是该研究的共同作者。“我正在构建一个我根据自己的决定制作的叙事,例如'因为红灯,汽车正在减速。'”

第一作者斯蒂芬妮·陈(Stephanie Chan)于2016年从普林斯顿大学获得神经科学博士学位,他假设大脑以比全面描述情况更简单的方式追踪这些可能性,但比单一解释更复杂。她研究了大脑为许多不同可能性中的每一种计算概率分布的想法。

为了找出大脑追踪这些概率的位置和方式,该团队需要哄骗他们的研究参与者来比较概率而不考虑实际数字。共同作者,心理学和PNI教授Kenneth Norman说,如果参与者明确地尝试进行数学计算,他们就会失败。“我们的大脑在算术上非常糟糕。我们的隐式计算比我们的显式计算要好得多,”诺曼说。

为了研究这些隐含的计算,该团队追踪参与者的大脑活动,因为他们探索了一个虚拟的“野生动物园”,分为四个区域 - 蓝色,绿色,粉红色和黄色。每个区域包含不同种类的大象,长颈鹿,河马,狮子和斑马。该任务迫使大脑使用先前对这些动物的观察来确定哪些有色区域可能发现动物的各种排列。

首先,参与者在每个区域看到了一系列动物图片 - 一个接一个地显示30到40只动物的集合。在了解了动物如何在不同区域分布后,参与者观看了一系列动物图片,展示了一到六只动物。他们被问到动物更可能来自哪两个区域。例如,参与者可能会看到两只狮子和一只斑马,然后被问到它们是否更有可能出现在绿色区域或蓝色区域。在许多情况下,这些问题并未将最可能的区域作为选项。通过强制参与者在两个不太可能的整体区域之间进行选择,研究人员可以测量参与者如何跟踪所有四个区域的相对可能性。

因为每个动物至少偶尔出现在每个区域,参与者无法明确指向单个区域,甚至从选项中消除一个区域。例如,一组两只斑马和一只狮子可能指向绿色区域,这两种动物最常见,但这三只动物可以想象出现在任何区域 - 并且在集合中添加河马可能会突然变成绿色区域最有可能的。

参与者始终能够正确选择两个区域中更可能的区域。更重要的是,参与者的准确性在两个区域之间进行选择时不会受到影响,这两个区域不是最可能的整体区域,这表明他们可以跟踪所有四个区域的相对可能性。

为了找出大脑在哪里完成这一壮举,研究人员让参与者在进行功能性磁共振成像(fMRI)时执行任务,该功能磁共振成像揭示了在给定时间最活跃的大脑区域。研究人员预计大脑会将这种情况作为一系列四个概率进行跟踪 - 每个区域一个 - 因此他们寻找大脑区域,其中活动模式与四个概率一起变化。

这次搜索的最佳匹配是眶额皮质,一个涉及执行复杂计划的大脑区域,了解自上次看到的环境如何变化,以及高阶思维。Niv说,这些发现改进了先前的假设,即大脑的这个区域提供了智力上的灵活性。“这不仅仅是灵活性领域,它是你的情况如何运作的模型,”她说。

知道何时改变这种模式 - 无论你是在虚拟野生动物园中从一个区域移动到另一个区域,还是在我们的进化前辈的栖息地中放置 - 都会让我们的祖先比那些表现得更好的动物更有优势在所有情况下都遵循相同的规则。诺曼说:“拥有一个可以说世界在不同情况下的工作方式不同的大脑具有适应性优势,但是你需要能够找出现在哪个区域是相关的。”“这就是眶额皮质似乎的作用。”

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