2021年3月5日，Journal of Neuroscience在线刊出了北京大学张航研究组和罗欢研究组的题为“Automatic and fast encoding of representational uncertainty underlies the distortion of relative frequency”的文章[1]。结合行为实验、计算建模和脑磁图（MEG），研究者们发现人脑在加工相对频率信息时会快速而自动地编码其中的不确定性。
概率扭曲(probability distortion)是一种广泛存在于判断和决策任务中的行为现象，表现为人类和动物常常会系统性地高估小概率或相对频率、低估大概率或相对频率。大脑为何会有这样的系统性偏差？张航研究组近期提出了有界对数赔率模型来解释大脑在加工概率信息时的系统性错误[2]，其核心假定之一是大脑会自动补偿表征概率信息时的不确定性。在本研究中，研究者们通过MEG记录人们在持续追踪相对频率信息时的脑活动，在神经层面验证了这一核心假定。
被试的任务是追踪快速呈现于屏幕上的青色和橘色点阵序列，并在序列突然停止后报告最后一屏刺激中青色或者橘色点占两种点总数的相对频率（如图1所示）。每屏刺激中的相对频率记为p；经推导，p在表征上的不确定性（representational uncertainty）的数学形式与p(1–p)成正比[2][3]。统计上，p和p(1–p)是线性独立的。
图1：相对频率追踪任务。
研究者们采用了一种巧妙的刺激序列设计来分离p和p(1–p)对神经活动的影响。在一半的刺激序列中，p呈周期性变化而p(1–p)呈非周期性变化；在另一半的刺激序列中，p(1–p)呈周期性变化而p呈非周期性变化。研究者们分析了刺激序列中的周期性变量与MEG信号之间的相位一致性，也使用MEG信号对刺激序列中的非周期性变量进行了解码分析。这两种分析的结果相互印证，都表明大脑不仅编码了任务中所要求追踪的相对频率信息（p），还自动编码了看似与任务无关的变量——表征上的不确定性（p(1–p)）。如图2所示，虽然从地形图来看，二者在MEG信号中的编码位于相似的枕叶和顶叶区域，但是从时程来看，相对频率的编码发生在刺激呈现后约300 ms，而表征上不确定性的编码发生在约400 ms，比前者晚约100 ms。
图2：相对频率(p)和表征不确定性(p(1–p))的时空解码结果。
大脑会自动编码相对频率信息在表征上的不确定性，而且其编码比相对频率本身的编码仅滞后约100 ms，远早于相对频率的外显报告，这意味着什么？一方面，这为概率扭曲可能的根源——大脑自动补偿表征概率信息时的不确定性[2]——提供了神经基础。另一方面，这与近期信心研究领域中大脑在外显的知觉判断之前就已快速编码其信心的发现不谋而合[4]。这意味着，大脑所编码的表征上的不确定性或信心不一定是外显判断或决策后的反思，相反可能是外显判断或决策之前所参照的信息的一部分；其发挥的功能性作用有待未来进一步研究。
本研究获得国家自然科学基金、北大–清华生命科学联合中心和北京市科学技术委员会的资助。北京大学心理与认知科学学院博士后任祥娟博士为本文第一作者。北京大学心理与认知科学学院、麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心的张航研究员，北京大学心理与认知科学学院、麦戈文脑科学研究所的罗欢研究员为本文的共同通讯作者。
原文链接：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