决策判断的神经生物学基础

来源：BioArt

当面对不确定性时，任何能够进行统计计算的生物都会获得适应性优势。一般我们会用置信度（Confidence）来评估所做的选择正确的概率。对一个选择其置信度的准确估计可以为生物行为带来益处，比如面对危险时是应该决定战斗还是选择逃跑，比如进入咖啡店选择哪一种饮料或者如何管理股票投资等等。作为人类，我们一直在评估自己对感知、记忆和决策的信心，这是一种被称为元认知（Metacognition）的自我监控和反思过程的一部分，是非常个人化和主观的。因此，置信度判断（Confidence judgments）被认为是元认知的一个核心方面同时该行为的实现可能也需要高级灵长类特有的神经结构的配合【1】。尽管许多生物利用概率计算来指导行为，但是目前关于参与其中的神经生物学结构还不太清楚。

近日，美国冷泉港实验室Adam Kepecs研究组在Cell发文题为Behavior- and Modality-General Representation of Confidence in Orbitofrontal Cortex，发现在啮齿类动物中的眶额叶皮层（Orbital frontal cortex）神经元信号决定正确概率判断的感觉模式，以支持动物的元认知能力。

那么，置信度判断所需要的神经生物学基础需要具有什么样的特质呢？首先，神经活动需要反映置信度的计算，比如说能够反映一个行为或者命题正确的统计概率。其次，神经活动应该在基于置信度的基础上与最终的行为决定相关联。但是神经活动与置信度再到引导行为的发生这两个标准其实仅仅是基于计算的考虑，但是元认知能力的实现还需要别的因素。元认知能力实现的前提是一个抽象且集中的置信度判断，也就是说对于不同的信息来源和不同类型感觉器官的参与引导出的行为是需要广泛化的。
因此，作者们希望建立测试眶额叶皮层中与决策置信度相关的单个神经元活动的行为任务模型，因为眶额叶皮层区域是基于价值进行决策的关键区域。该模型需要满足的条件是：1)正确概率的统计计算;2)置信度导向选择的预测;3)信息源之间的独立性;4)对多个置信度导向行为的广泛化。基于以上四个标准，作者们开发了一项行为任务，在该任务中，可以通过测量基于两种感觉模式的决策选择和置信度报告来评估眶额叶皮层中单个神经元的神经编码特点（图1）。
图1 行为置信度任务模拟图
作者们通过训练大鼠执行听觉和嗅觉的决策，并促使它们按照决策置信度的比例投入决策时间。在做出决策之后，老鼠通过投入时间来获得不确定的、延迟的奖励，从而提供决策后置信度的报告（图1）【1】。作者们发现这项任务设计可以确保同时获得两种感觉器官的二元决策，并连续测量单个实验中决策后的时间投入。
进一步地，作者们希望确认单个神经元的活动是否是由统计决策置信度的计算决定的。作者们使用定制的32或64通道的四极管微驱动器从6只大鼠中眶额叶皮层记录了1,211个分离良好的单神经元的活动。作者们发现简单正确选择的神经元活动最高，平均置信度最高，反之亦然。另外，单个眶额叶皮层的神经元编码决策的实现在两种感官中均广泛存在。而且，眶额叶皮层的神经元活性可以用于预测不同感官之间置信度指导的时间投入以及选择更新（Choice updating）。
总的来说，Kepecs研究组的工作发现大鼠眶额叶皮层神经元活动与跨感官的决策置信度之间的相关性，从而支持啮齿类动物的元认知能力。大鼠在嗅觉和听觉的决策中的时间投入反映了大鼠的置信度判断。而眶额叶皮层神经元编码的置信度计算的能力在不同的感官决策中是广泛存在的。人们所做的每一个决定都伴随着对于该行为引发结果的预测和判断，这种感觉也会影响之后的行为。当对于行为背后的回报更加确认时，人们将会倾向于投入更多的时间、精力或金钱。而该工作揭开了决策判断过程中参与置信度计算以及元认知能力的实现的神经生物学结构基础。