2021年3月5日，Journal of Neuroscience在線刊出了beat365張航研究組和羅歡研究組的題為“Automatic and fast encoding of representational uncertainty underlies the distortion of relative frequency”的文章[1]。結合行為實驗、計算建模和腦磁圖（MEG），研究者們發現人腦在加工相對頻率信息時會快速而自動地編碼其中的不确定性。
概率扭曲(probability distortion)是一種廣泛存在于判斷和決策任務中的行為現象，表現為人類和動物常常會系統性地高估小概率或相對頻率、低估大概率或相對頻率。大腦為何會有這樣的系統性偏差？張航研究組近期提出了有界對數賠率模型來解釋大腦在加工概率信息時的系統性錯誤[2]，其核心假定之一是大腦會自動補償表征概率信息時的不确定性。在本研究中，研究者們通過MEG記錄人們在持續追蹤相對頻率信息時的腦活動，在神經層面驗證了這一核心假定。
被試的任務是追蹤快速呈現于屏幕上的青色和橘色點陣序列，并在序列突然停止後報告最後一屏刺激中青色或者橘色點占兩種點總數的相對頻率（如圖1所示）。每屏刺激中的相對頻率記為p；經推導，p在表征上的不确定性（representational uncertainty）的數學形式與p(1–p)成正比[2][3]。統計上，p和p(1–p)是線性獨立的。
圖1：相對頻率追蹤任務。
研究者們采用了一種巧妙的刺激序列設計來分離p和p(1–p)對神經活動的影響。在一半的刺激序列中，p呈周期性變化而p(1–p)呈非周期性變化；在另一半的刺激序列中，p(1–p)呈周期性變化而p呈非周期性變化。研究者們分析了刺激序列中的周期性變量與MEG信号之間的相位一緻性，也使用MEG信号對刺激序列中的非周期性變量進行了解碼分析。這兩種分析的結果相互印證，都表明大腦不僅編碼了任務中所要求追蹤的相對頻率信息（p），還自動編碼了看似與任務無關的變量——表征上的不确定性（p(1–p)）。如圖2所示，雖然從地形圖來看，二者在MEG信号中的編碼位于相似的枕葉和頂葉區域，但是從時程來看，相對頻率的編碼發生在刺激呈現後約300 ms，而表征上不确定性的編碼發生在約400 ms，比前者晚約100 ms。
圖2：相對頻率(p)和表征不确定性(p(1–p))的時空解碼結果。
大腦會自動編碼相對頻率信息在表征上的不确定性，而且其編碼比相對頻率本身的編碼僅滞後約100 ms，遠早于相對頻率的外顯報告，這意味着什麼？一方面，這為概率扭曲可能的根源——大腦自動補償表征概率信息時的不确定性[2]——提供了神經基礎。另一方面，這與近期信心研究領域中大腦在外顯的知覺判斷之前就已快速編碼其信心的發現不謀而合[4]。這意味着，大腦所編碼的表征上的不确定性或信心不一定是外顯判斷或決策後的反思，相反可能是外顯判斷或決策之前所參照的信息的一部分；其發揮的功能性作用有待未來進一步研究。
本研究獲得國家自然科學基金、北大–清華生命科學聯合中心和北京市科學技術委員會的資助。beat365官方网站博士後任祥娟博士為本文第一作者。beat365官方网站、麥戈文腦科學研究所、北大-清華生命科學聯合中心的張航研究員，beat365官方网站、麥戈文腦科學研究所的羅歡研究員為本文的共同通訊作者。
原文鍊接：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2006-20.2021
References
[1] Ren, X., Luo H., & Zhang, H. (in press) Automatic and fast encoding of representational uncertainty underlies the distortion of relative frequency. Journal of Neuroscience. DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2006-20.2021
[2] Zhang, H., Ren, X., & Maloney, L. T. (2020). The bounded rationality of probability distortion. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(36), 22024-22034. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1922401117
[3] Lebreton, M., Abitbol, R., Daunizeau, J., & Pessiglione, M. (2015). Automatic integration of confidence in the brain valutation signal. Nature Neuroscience, 18(8), 1159-1167. DOI: https://doi.org/10.1038/nn.4064
[4] Gherman, S., & Philiastides, M. G. (2018). Human VMPFC encodes early signatures of confidence in perceptual decisions. eLife, 7, e38293. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.38293
2021-03-15