做出決定時大腦會發生什麼？

: By 安妮·丘蘭德（Anne Churchland），冷泉港實驗室

感謝造訪 InnerSelf.com，哪裡有 20,000+ 宣傳“新態度和新可能性”的改變生活的文章。所有文章均翻譯為 超過30種語言. 訂閱每週出版的《內在自我》雜誌和瑪麗·T·拉塞爾的《每日靈感》。 InnerSelf雜誌 自 1985 年起出版。

關於齒輪如何組合在一起我們知道了很多，但還不夠。 Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

決策涉及廣泛的複雜性。真的很簡單：我的午餐需要一個蘋果還是一塊蛋糕？還有更複雜的問題：我應該買哪輛車，或者我應該選擇哪種職業？

像我這樣的神經科學家已經確定了大腦的某些部分，這些部分有助於做出像這樣的決定。不同的領域處理聲音, 景點或相關的先驗知識。但是，了解這些個體球員如何作為一個團隊一起工作仍然是一個挑戰，不僅在理解決策方面，而且在整個神經科學領域。

部分原因是，到目前為止，神經科學已經在傳統的科學研究模型中運作：個體實驗室獨立工作，通常專注於一個或幾個大腦區域。這使得任何研究人員都難以解釋由另一個實驗室收集的數據，因為我們在運行實驗的方式上都略有不同。

例如，研究決策的神經科學家為動物設置各種不同的遊戲，我們收集動物移動時大腦中發生的事情的數據。當每個人都有不同的實驗設置和方法時，我們無法確定來自另一個實驗室的結果是否是關於大腦中實際發生的有趣事物或僅僅是設備差異的副產品的線索。

大腦倡議奧巴馬政府在2013上發起的，開始鼓勵神經科學需要的那種合作。我認為它還遠遠不夠。所以我共同創立了一個叫做的項目國際腦實驗室 - 一個由不同機構的許多實驗室組成的虛擬大型實驗室 - 表明諺語“我們一個人走得快，我們一起走遠”也適用於神經科學。合作正在解決的第一個問題集中在大腦的決策上。

大腦的決策團隊

個別神經科學實驗室已經發現了很多關於特定大腦區域如何為決策做出貢獻的內容。

假設您在蘋果或一塊蛋糕之間選擇午餐。首先，您需要知道蘋果和蛋糕是兩種選擇。這需要處理感官信息的大腦區域的動作 - 你的眼睛看到蘋果明亮的紅色皮膚，而你的鼻子則帶有甜蜜的蛋糕氣味。

那些感官區域經常連接到我們稱之為關聯區域的區域。研究人員傳統上認為他們在其中發揮作用把不同的信息一起。通過整理來自眼睛，耳朵等的信息，關聯區域可以提供更連貫的信息，大圖世界上發生了什麼。

為什麼選擇一個動作而不是另一個？這是大腦的一個問題獎勵電路，這是至關重要的權衡不同選項的價值。你知道現在的蛋糕味道會很好吃，但是當你以後去健身房時，你可能會後悔。

然後，有正面皮層，據信它起到了作用控制自願行動的作用。研究表明，一旦有足夠的傳入信息，它就會參與特定的行動。它是大腦的一部分，可能會告訴你一塊蛋糕的氣味如此之好，以至於它值得所有的卡路里。

了解這些不同的大腦區域通常如何協同作出決策可以幫助理解患病大腦中發生的事情。患有自閉症，精神分裂症和帕金森病等疾病的患者經常以不尋常的方式使用感覺信息，特別是如果它複雜且不確定的話。決策研究還可以為患有其他疾病的患者提供治療，例如藥物濫用和成癮。確實，成癮可能是一個很好的例子如何決策可能會出錯。

實驗室協作遍布全球

現在，神經科學家正在拍攝大量關於大腦特定區域做出決定時的特寫快照。但是他們並沒有太多地相互協調，所以這些特寫片段並不適合我們提供我們需要的決策的全貌。

這就是我們團隊聯合組建國際腦實驗室的原因。在國際神經信息學協調設施，Wellcome Trust和Simons Foundation（也是美國對話的資助者）的支持下，我們的目標是通過設計一個使用完全相同的方法研究許多大型實驗來創建大局。不同的大腦區域。因為大腦是如此復雜，我們需要許多不同實驗室的專業知識，每個實驗室都專注於特定的大腦區域。但我們需要它們協調並使用相同的方法，以便我們可以將所有不同的圖片放在一起。

我們將召集一支21科學家團隊，他們將密切合作，了解數十億神經元如何在一個大腦中協同工作以做出決策。通過測量參與完全相同遊戲的動物的神經元活動，大約十幾個不同的實驗室將分別進行一項大型實驗。我們的團隊成員將記錄每隻動物大腦中數百個神經元的活動。我們將收集數以萬計的神經元錄音，我們可以一起分析。

保持簡單

在現實世界的決策中，你要結合許多不同的信息 - 你的感官信號，你內在的知識，什麼是有益的，什麼是有風險的。但在實驗室環境中實施這一點非常困難。

我們希望重現鼠標的自然覓食體驗。在現實生活中，動物可以採取許多不同的路徑，因為它導航世界尋找食物。它想找到食物，因為食物是有益的。它使用傳入的感官線索，比如，“哦，我在那邊看到一個板球！”動物可能會將這與獎勵記憶相結合，例如，“我知道這個區域有茂盛的漿果灌木叢，我記得從昨天開始，所以我“我會去那裡。”或者，“我知道上次有一隻貓，所以我最好避開這個區域。”

在第一次通過時，我們用於國際腦實驗室的設置看起來並不自然。鼠標有一個用於報告決策的小設備 - 它實際上是來自樂高套裝的輪子。例如，它可能會知道當它看到垂直光柵的圖像並轉動輪子直到圖像居中時，它會獲得獎勵。如果你想一想覓食是什麼 - 探索環境，試圖找到獎勵，利用感官信號和先驗知識 - 這個簡單的樂高輪活動確實捕捉了它的本質。

我們真的不得不考慮在具有足夠複雜的行為以使我們深入了解有趣的神經計算之間的權衡，以及在許多不同的實驗實驗室中可以以相同的方式實現的行為之間的權衡。我們達成的平衡是一項決策任務，隨著個體動物達到不同的訓練階段，這項任務開始變得越來越簡單。

即使在我們正在觀察的最簡單，最早期的階段，動物正在進行自願運動，他們決定何時進行運動以獲得獎勵。我相信我們可以走得更遠，但即使這是我們得到的，在這樣的簡單行為中從大腦進行神經測量將是非常有趣的。我們不知道您決定何時採取特定行動以及如何執行該行動在大腦中是如何發生的。在動物自發決定去獲得獎勵之前，從大腦中進行神經測量將是一個巨大的進步。