Neurowissenschaftler identifizieren, die eine Gehirn-Schaltung, die hilft, brechen komplexe Entscheidungen in kleinere Stücke

Wenn Sie eine komplexe Entscheidung, die wir oft brechen, das problem in eine Reihe von kleineren Entscheidungen. Zum Beispiel, wenn Sie entscheiden, wie, einen Patienten zu behandeln, ein Arzt kann gehen durch eine Hierarchie der Schritte—die Wahl eines diagnostischen Tests, Interpretation der Ergebnisse, und dann die Verschreibung von Medikamenten.

Die Herstellung hierarchischer Entscheidungen ist einfach, wenn die Sequenz der Entscheidungen führt zu dem gewünschten Ergebnis. Aber wenn das Ergebnis ungünstig ist, kann es hart sein, zu entziffern, was falsch gelaufen ist. Zum Beispiel, wenn ein patient keine Verbesserung nach der Behandlung, gibt es viele mögliche Gründe: Vielleicht ist der diagnostische test ist genau nur 75 Prozent der Zeit, oder vielleicht das Medikament nur bei 50 Prozent der Patienten. Zu entscheiden, was zu tun nächsten, muss der Arzt diese Wahrscheinlichkeiten berücksichtigt.

In einer neuen Studie, MIT-Neurowissenschaftler untersucht, wie das Gehirn Gründe, über die wahrscheinlichen Ursachen des Scheiterns nach einer Hierarchie von Entscheidungen. Sie entdeckten, dass das Gehirn führt zwei Berechnungen mit ein verteiltes Netzwerk von Arealen im frontalen cortex. Erstens, das Gehirn berechnet zuversicht über das Ergebnis jeder Entscheidung, die Sie herausfinden, die wahrscheinlichste Ursache für einen Fehler, und zweitens, wenn es nicht leicht ist, zu erkennen, die Ursache, das Gehirn macht weitere versuche zu gewinnen mehr Vertrauen.

„Die Schaffung einer Hierarchie im Kopf und die Navigation, Hierarchie, während Argumentation über die Ergebnisse ist eine der spannenden frontiers of cognitive neuroscience“, sagt Mehrdad Jazayeri, der Robert A. Swanson Karriere-Entwicklung Professor für Life Sciences, einem Mitglied der MIT McGovern Institut für Hirnforschung, und der senior-Autor der Studie.

MIT student Morteza Sarafyzad ist der führende Autor des Papiers, das wird in der Wissenschaft im Mai 16.

Hierarchische Argumentation

Frühere Studien der Entscheidungsfindung in Tiermodellen haben sich auf relativ einfache Aufgaben. Eine Linie der Forschung konzentriert sich auf, wie das Gehirn macht eine rasche Entscheidungen durch die Bewertung der momentanen Evidenz. Zum Beispiel, einen großen Körper der Arbeit geprägt hat, die neuronalen Substrate und Mechanismen, die es ermöglichen, Tiere zu kategorisieren unzuverlässig Reize auf einer trial-by-trial-basis. Andere Forschung konzentriert sich auf, wie das Gehirn wählt zwischen mehreren Optionen, indem Sie sich auf frühere Ergebnisse über mehrere Studien.

„Diese wurden sehr fruchtbare Linien der Arbeit,“ Jazayeri sagt. „Allerdings, Sie sind wirklich die Spitze des Eisbergs von dem, was Menschen tun, wenn Sie Entscheidungen treffen. Sobald Sie versetzen Sie sich in einer echten Entscheidungs-situation, sei es die Auswahl eines Partners, der Auswahl eines Autos, zu entscheiden, ob dieses Medikament nehmen oder nicht, diese sehr komplizierte Entscheidungen treffen. Oft gibt es viele Faktoren, die die Entscheidung beeinflussen, und diese Faktoren können arbeiten auf unterschiedlichen Zeitskalen.“

Das MIT-team entwickelt, eine Verhaltens-Aufgabe, die Ihnen erlaubt, zu untersuchen, wie das Gehirn verarbeitet Informationen auf mehreren Zeitskalen, Entscheidungen zu treffen. Das grundlegende design war, dass die Tiere machen würde, eine der beiden Augenbewegungen, je nachdem, ob das Zeitintervall zwischen zwei Lichtblitzen kürzer oder länger als 850 Millisekunden.

Eine Drehung erforderlich, die Tiere, um die Aufgabe zu lösen durch hierarchische Begründung: Die Regel, die bestimmt, welche der beiden Augenbewegungen gemacht werden musste, wechselte heimlich nach 10 bis 28 Studien. Daher erhalten die Belohnung, die Tiere hatten zu wählen, die richtige Regel, und dann stellen Sie die richtigen Augenbewegungen in Abhängigkeit von der Regel-und Intervall. Aber da wurden die Tiere nicht angewiesen, über die Regel-Schalter, Sie können nicht einfach bestimmen, ob ein Fehler verursacht wurde, da wählten Sie die falsche Regel, oder weil Sie falsch eingeschätzt, das Intervall.

Die Forscher verwendeten dieses experimentelle design zu untersuchen, die die rechnerische Grundlagen und neuronale Mechanismen, die Unterstützung von hierarchischem denken. Theorie und Verhaltens-Experimenten bei Menschen legen nahe, dass die Argumentation über die möglichen Ursachen der Fehler hängt zum großen Teil auf der Fähigkeit des Gehirns zu Messen, den Grad des Vertrauens in jeden Schritt des Prozesses. „Eines der Dinge, die vermutlich entscheidend für die hierarchische denken ist ein gewisses Maß an Vertrauen darüber, wie wahrscheinlich es ist, dass verschiedene Knoten [der Hierarchie] haben könnte, führte zu dem negativen Ergebnis,“ Jazayeri sagt.

Die Forscher waren in der Lage, die Untersuchung der Wirkung von Vertrauen durch die Anpassung der Schwierigkeit der Aufgabe. In einigen Studien, das Intervall zwischen den zwei Blitze viel kürzer oder länger als 850 Millisekunden. Diese versuche wurden relativ leicht und gewährt ein hohes Maß an Vertrauen. In anderen Studien wurden die Tiere weniger Vertrauen in Ihre Entscheidungen, weil das Intervall war näher an der Grenze und schwer zu unterscheiden.

Sie hatten die Hypothese aufgestellt, fanden die Forscher, dass die Tiere‘ Verhalten war geprägt durch Ihr Vertrauen in Ihre Leistung. Wenn der Intervall war einfach zu beurteilen, wurden die Tiere sehr viel schneller zu wechseln, um die andere Regel, wenn Sie fand heraus, Sie waren falsch. Wenn der Intervall war schwerer zu beurteilen, wurden die Tiere weniger Vertrauen in Ihre Leistung und die Anwendung der gleichen Regel ein paar mal vor dem Wechsel.

„Sie wissen, dass Sie sind nicht überzeugt, und Sie wissen, dass, wenn Sie sind nicht sicher, es ist nicht notwendigerweise der Fall, dass die Regel geändert wurde. Sie wissen, dass Sie vielleicht einen Fehler gemacht haben [in Ihrem Intervall-Urteil],“ Jazayeri sagt.

Entscheidungs-Schaltung,

Durch die Aufzeichnung der neuronalen Aktivität in den frontalen Kortex direkt nach jeder Prüfung beendet war, konnten die Forscher identifizieren, die in zwei Regionen, sind der Schlüssel zu hierarchischen Entscheidungsprozessen. Sie fanden, dass diese beiden Regionen, bekannt als das anteriore Cingulum (ACC) und dorsomedial frontalen Kortex (DMFC), aktiv wurde, nachdem die Tiere wurden darüber informiert, dass eine falsche Antwort. Wenn die Forscher analysierten die neuronale Aktivität in Bezug auf die Tiere Verhalten, und es wurde klar, dass Neuronen, die in beiden Bereichen signalisiert der Tiere “ glaube an eine mögliche Regel wechseln. Insbesondere die Tätigkeit im Zusammenhang mit Tieren‘ glaube war „lauter“, wenn die Tiere einen Fehler gemacht, nach einem leichten trial, und nach wiederholten Fehlern.

Die Forscher fanden auch, dass, während diese Bereiche zeigten ähnliche Muster der Aktivität, es wurde die Aktivität im ACC im besonderen, die vorhergesagt werden, wenn das Tier wechseln würde Regeln, was darauf hindeutet, dass der ACC spielt eine zentrale Rolle in der switching-Entscheidung Strategien. In der Tat, die Forscher fanden heraus, dass eine direkte manipulation der neuronalen Aktivität im ACC war ausreichend, um das stören der Tiere‘ rational Verhalten.