在足球世界杯的点球大战中,所有人的目光都集中在球队的最佳射手身上。他应该射出决定性的一球,最好是越过守门员。射手必须在射门的右角或左角之间做出决定。在他的大脑中,他会在做出决定之前计划两种选择。如果守门员在关键时刻的姿势表明他将跳向右边,射手将暂时倾向于计划向左角的运动。但如果守门员在射门前改变了姿势,这种倾向会对最终决定产生什么影响?射手还会射向左边吗?这个过程在神经元水平上是如何控制的?
德国灵长类动物中心的神经科学家在一项研究中用恒河猴研究了这些问题。他们能够证明,同一脑区的两种不同神经元类型负责决策过程。一个行动计划的初步倾向影响最终决定,并且两种选择的权衡已经在神经元水平上可见。因此,即使守门员突然改变姿势,射手也很可能会射向左边 -- 点球可能会失败。
科学家们训练了两只恒河猴在屏幕上执行任务,同时测量了它们大脑中神经元的活动。圆形的信号出现在触摸屏上,猴子应该触摸它们。
这些圆圈出现在屏幕的右侧或左侧,顶部或底部。它们出现的地方是随机的,但猴子会以小箭头的形式得到下一个信号可能出现的提示。例如,如果有一个大的紫色箭头指向左边,而一个小蓝箭头指向右边,信号更有可能出现在左边。然而,这种预期偶尔会被信号出现在与之前指示的方向完全相反的地方,或者两个信号同时出现在右边和左边,然后可以自由选择。
研究人员观察到,猴子对之前显示的箭头指示的方向产生了倾向性。如果信号出现在预期的方向,它们正确快速地解决了任务。如果信号出现在相反的方向,反应时间增加,猴子犯的错误更多。如果动物有自由选择,它们大多数情况下会选择那些出现在之前指示方向的信号,即使两种可能性在客观上是等价的。
“初步的行动倾向会影响后续的决定,即使事实在此期间发生了变化,”研究的第一作者Lalitta Suriya-Arunroj说。“尽管猴子有自由选择,它们还是选择了它们的临时行动计划。球门前的前锋也有类似的情况。他看到守门员想跳向右边,首先计划左角。即使守门员在最后一刻采取中立姿势,大多数情况下他仍会保持这个方向,点球可能会被拦截。”
在神经元水平上,科学家们也有了新的发现:决策和在多个行动方案之间的权衡在神经元水平上被映射为双重过程。两种不同的神经元类型负责这一点。第一组负责编码首选目标。只要没有倾向,它们就不活跃,只有当对行动选项产生偏好时才会发射。这种选项的倾向越强,细胞越活跃。第二组神经元从一开始就显示所有给定的替代方案。决定哪个行动选项被排除。编码非首选选项的神经元被下调的越多,该选项被考虑的越少。
根据淘汰原则,代表最佳选择的选项仍然存在。
“同一脑区的两种不同神经元类型负责决策过程是这项研究的新发现,”DPZ的传感器运动研究组组长Alexander Gail也是该研究的作者。“因此,大脑中的计划由一个双重过程控制,该过程反映了强烈的行动倾向以及所有其他可以通过淘汰原则逐一消除的可能性。因此,大脑使我们能够做出平衡和灵活的决定。
球门前的前锋,尽管他的第一偏好,因此能够不立即排除球门的另一角作为选项,可以在最后一刻改变射门方向,从而可能仍然得分。”