@ 2016.02.14 , 23:00

新数学模型:大脑如何做出复杂决策?

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我们的大脑究竟如何运作?这个问题对科学家而言是一项迷人的挑战。如今,一项新研究通过复杂的数学模型,进一步为我们揭示大脑的内在运行原理。英国科学家表示,他们构建出了第一个“实际生物学数学模型”,它和大脑制定复杂决策的方式相匹配。

这个模型不仅能够预测行为,还可以预测实际的神经活动。它模拟人类大脑在决策制定过程中所经历的路径,以及我们从错误中吸取教训、为未来进行调整的方式。该团队的研究成果或许最终能够帮助我们更好地理解多种疾病,例如强迫症和帕金森病。

研究人员之一、哥伦比亚大学的Johannes Friedrich说道:

构建这类模型是很困难的,因为模型必须在过程中的任意已知点为所有可能决策进行计划制定,而计算方式必须在生物学上说得通。对人类和动物而言,决策制定能力是一项核心能力,因此这是理解大脑运作原理的一个重要部分。

研究人员对基于目标的决策(例如对日常通勤路线的封路做出反应)和基于习惯的决策(在无干扰的情况下,像往常一样通勤)进行研究。许多研究都曾探究过基于习惯的决策,而基于目标的决策的研究则更为困难,因为我们需要考虑许多变量。

研究人员写出了一个复杂的数学算法,并将它和实验数据进行比较。结果发现,它能够精确地捕捉行为选择的概率,并预测选择的逆转(这是复杂决策的特点)。该模型还展现出,当神经元网络以特定方式连接时,它将如何在任意给定情景下鉴别出最优决策和未来的累积回报。

该模型还为我们示范了,突触如何根据过去经验的有效或无效性进行调整并重塑。它的意义十分重大,这正是人类和动物身上每天都在发生的行为。研究人员发现,在基于目标的决策制定中,突触和连接着的神经元会根据行为选择和当前回报,将情景如何先后发生的知识嵌于脑海中。

我们也许能够将这个新算法应用于计算机中,用来解决相似任务。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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