人对不确定性的表征及其神经机制

In the proposed project, we will integrate psychophysics, computational modeling, and functional MRI to investigate how the human brain represents the perceptual or motor uncertainty, or the uncertainty in the environment, in order to make decisions that maximize expected gain. The uncertainty concerns us are the random distributions of perceptual error, motor error, or environmental rewards. Human individuals are often close to ideal Bayesian observers, suggesting that they have a reasonably accurate representation of the probability distributions required for the decisions. But the algorithmic and neural basis of this representation is largely unknown. Here we will explore this important scientific problem from three aspects: (1) The coding of the subjective representation of a probability distribution (termed “subjective distribution”); (2) The updating of the subjective distribution in a dynamic environment; (3) The neural implementation of the subjective distribution. Through this project, we will uncover the human representation of probability distribution from three levels: behavioral, algorithmic, and neural. Our work provides theoretical framework and methodology for the future research. The understanding of the disparity between the subjective and the objective distributions offers new insights into the anomalies in human decisions.

本项目拟将心理物理学实验、计算建模和功能核磁成像结合起来，研究人脑如何表征自身的知觉和运动系统以及环境中的不确定性并用于实现利益最大化的决策。我们关注的不确定性特指知觉误差、运动误差或外部奖赏的随机分布。人类个体在许多决策任务中的绩效都接近于贝叶斯最优决策者，表明个体对决策相关的随机分布有着相当准确的表征。然而，人脑表征随机分布的算法和神经基础在很大程度上是未知的。我们将从三个角度探索这个重要的科学问题：（1）随机分布的主观表征（主观分布）如何编码；（2）在动态的环境中主观分布如何更新；（3）主观分布在神经系统中如何实现。研究将开创性地在行为、算法、神经等多个层面上理解人脑对随机分布的表征，并为进一步的研究提供理论框架和方法铺垫。对主观分布与客观分布差异的理解，也将为许多异常的决策行为提供全新的解释。

本项目结合行为实验、计算建模和无创脑成像技术研究了人脑如何表征自身和环境中的不确定性以及在不确定性下做出高效的决策。我们揭示了人脑表征和应对不确定性的一系列计算神经机制，包括：（1）人脑对概率分布的表征不是连续的，而是离散化的；（2）人脑对概率信息的表征会随着环境而发生动态变化；（3）眼动反映了对信息的主动采样，能够有效降低决策过程中的不确定性；（4）孤独症特质通过影响认知加工次序影响着不确定下个体的信息采样策略。我们所发现的人脑对不确定性的表征机制也为一些原本认为属于某个特定决策领域（例如，经济决策）所独有的异常决策行为提供了全新的解释。同时，我们所提出的计算理论和计算模型为进一步的研究提供了理论框架和方法铺垫。