Sammeln die richtige Menge von beweisen: Wie das Gehirn macht eine schwierige Entscheidung

Neue Forschungen in den Kognitiven Neurowissenschaften Gruppe von SISSA zeigt, dass ein Wahrnehmungs-Entscheidung—das erkennen eines Objektes und nehmen Sie die entsprechende Aktion wird ausgelöst, sobald das Gehirn die Verarbeitung Netzwerken sammeln sich eine genaue Menge von sensorischen Informationen. Unsere sensorischen Rezeptoren, die ständig Informationen aus der Außenwelt, die es uns ermöglicht zu verstehen, was uns umgibt und zu sich entsprechend zu Verhalten. Das erkennen der Identität eines Objekts scheint oft fast augenblicklich. Jedoch manchmal Informationen tritt das sensorische system mehr allmählich, in passt und beginnt, und eine unmittelbare Wahrnehmung ist nicht möglich. Wie, dann werden die Signale im Laufe der Zeit? Wann kommt die Nervensystem entscheiden, dass „genug ist genug: es ist Zeit zu handeln“?

Zwei neue Publikationen in der Aktuellen Biologie von Yanfang Zuo und Mathew E. Diamond (director von SISSA ist die Taktile Wahrnehmung und Lernen-Lab) zeigen, dass das Gehirn vergleicht die eintreffenden sensorischen Beweise zu Gunsten der konkurrierenden Wahrnehmungen und drückt eine Entscheidung, sobald die insgesamt erworbene Beweise für eine Wahl erreicht, eine Feste Grenze. Die Studien, die aufdecken, die grundlegenden Mechanismen des Gehirns zugrunde liegenden Entscheidungen in einer unsicheren Welt.

Das erreichen einer Grenze in der visuellen Wahrnehmung

Bis heute, wie das Gehirn sich verpflichtet, eine Entscheidung unter den Bedingungen der allmählichen, unsicher sensorischen Zustrom untersucht wurde, fast ausschließlich durch ein Subjekt (Mensch oder Affe) können Sie einen computer-monitor die Anzeige von vielen Punkten, bewegt sich in verschiedene Richtungen. Das Thema ist beauftragt mit der Beurteilung der Allgemeinen Richtung von der Mehrheit der Punkte (dies ist ähnlich zu beobachten, die Haupthalle der Grand Central Station von einem Balkon in der rush hour zu bewerten, ob mehr Menschen betreten oder verlassen). Wenn 100% der Punkte auf dem monitor bewegt sich nach Links, die Wahrnehmung Formen sofort, und die Entscheidung ist schnell und einfach. Aber wenn 55% der Punkte sind zum verschieben nach Links und 45% nach rechts bewegt, Bewegung müssen die Signale werden im Laufe der Zeit gesammelt. Jahrzehnte der neurowissenschaftlichen Forschung haben gezeigt, dass die eingehenden Signale zu Gunsten der beiden Auswahlmöglichkeiten (Links versus rechts) sind im Wettbewerb: der Betrachter eine Bewegung, die Wahrnehmung, sobald der Gesamtbetrag von visual motion Informationen zugunsten einer der beiden alternativen, über die Zeit integriert, erreicht einige Feste Menge. Das Modell formuliert, um zu erklären, diese Ergebnisse, „begrenzten integration“, ist die einfache, effiziente und technisch optimale; es existieren sogar robuste neuronale Korrelate. Aber funktioniert das Modell verallgemeinern beyond visual motion perception?

Verstärkung aus visuellen, taktilen Entscheidungsfindung

„Sensorisch-perzeptueller Entscheidungsfindung ist ein weit verbreitetes element des Verhaltens, durchgeführt unzählige Male jeden Tag. Wir wollten sehen, ob der „begrenzten integration“ – Modell für die Erklärung der visual motion perception erklären können Urteile, die in einer anderen sensorischen Modalität in eine andere Spezies, und in einer anderen form zu spüren“, erklärt Mathew Diamond, der leitende Autor der beiden Artikel.

Während Primaten sind Experten in der vision, Ratten sind Experten in Kontakt, vor allem, wenn es darum geht, mit den tasthaaren an Ihrer Schnauze zu erkennen, die Beschaffenheit eines Objektes. Die Wahrnehmung der textur der Oberfläche ist entscheidend für die Ratten‘ Verhalten, zum Beispiel bei der Auswahl der Nistplatz und Materialien. Ratten bewegen Ihre schnurrhaare in einem vorwärts/rückwärts-Zyklus bei 10 Hz, fegen Sie über die Oberfläche in jedem Zyklus. Also, anstatt zu empfangen sensorische Beweise (wie in der vision), die Ratte schafft sinnliche Evidenz durch eine aktive Steuerung Ihrer eigenen whisker-Bewegung. In der neuen Arbeit veröffentlicht, die Ermittler präsentiert eine der drei möglichen Strukturen, bevor die Ratte auf jeden Versuch. Nach welcher textur es spürte durch seine schnurrhaare der Ratte gewählt Belohnung die Lage, mit den richtigen Speicherort festlegen, nach textur Identität. Unterdessen haben die Ermittler nahmen video-Aufzeichnungen, die 1000 Bilder pro Sekunde zu prüfen-whisker-Form, – Bewegung und-Winkel. Sie sind auch gemessene neuronale Aktivität in zwei Regionen der Großhirnrinde, die sich für die Verarbeitung von taktilen Informationen.

Wann ist genug genug?

Auf einige Studien, die Ratte berührt werden, sobald und schnell Ihre Wahl getroffen; auf andere Studien, die Ratte berührte so viele wie sechs mal. Wenn Entscheidungen wurden basierend auf begrenzten integration, dann die Ratte würde das Ende der Erkundung, sobald es erzeugt hatte genügend Beweise zur Unterstützung eine zuverlässige Wahl, und seine Durchschnittliche Genauigkeit unabhängig von der Anzahl der Berührungen. Eine alternative Hypothese schlägt vor, dass ein Muster-generator in der Ratte-motor-system, pre-sets der bevorstehenden Gerichtsverhandlung touch zählen, noch bevor die Ratte in Kontakt kommt. Die Ergebnisse erwiesen sich als konsistent mit den begrenzten integration framework—Genauigkeit war unabhängig von der Anzahl der Berührungen.

Die wichtigsten Schlussfolgerungen der beiden Studien sind dargestellt in diesem cartoon, wo die Ratte muss die Identifizierung der Struktur, wie Sie gerillt oder glatt. Das erste Current Biology Studie identifiziert die Art der taktile Beweis: whisker-Kinematik (Biegung und Bewegung) unterscheiden sich je nach kontaktiert textur. Sobald die kinematische Funktionen umgewandelt werden, um neuronale feuern, beginnt das Gehirn zu verarbeiten textur Informationen, wie gezeigt, auf der linken Seite. Während die erworbenen Informationen in einem einzigen Tastendruck zeigt eine textur, die stärker als die anderen, das signal wird bewertet: – whisker-Kinematik sind konsistent mit der geriffelten textur zu einem gewissen Grad, aber auch mit der glatten textur zu einem gewissen Grad. So gibt es verschiedene Mengen von Beweis zu Gunsten der beiden Texturen, wird gezeigt, wie die Schritte nach oben in die Handlung. Der wichtigste Befund ist, dass die Ratte macht seiner Wahl, wenn die gesamte Menge von beweisen für eine textur, summated über berührt, erreicht eine Grenze. Hier, den gesamten Beweis zu Gunsten von die geriffelte textur erreicht die Grenze am 4. berühren Sie, während die Gesamt-Beweis zu Gunsten von die glatte Struktur bleibt unten. Wie rechts gezeigt, einmal der Beweis für die gerillte textur erreicht die Grenze, die Ratte bildet eine Wahrnehmung, ein inneres Bild von dem Objekt und macht die richtige Wahl. Hatte die Beweise für die glatte textur erreicht die Grenze den ersten, die Ratte gemacht haben würde, eine falsche Wahl zu treffen, basierend auf einer fehlerhaften Wahrnehmung. Das ist genau das, was passiert ist auf 20% der versuche.

Wo ist den gesammelten Informationen? Die zweite Current Biology Studie zeigt, dass der somatosensorische Kortex kodiert die whisker-Kinematik des einzelnen berührt, aber nicht sammeln Informationen über die Reihenfolge der Berührungen. Stattdessen somatosensorischen Kortex verteilt Pakete der Nachweis eines downstream-region, das die Integration der Informationen über die Zeit (hier dargestellt als die neuronalen cluster in der Ratte den Kopf). Bei jedem Versuch, die Ratte Stoppt schlagen und macht seine Entscheidung so bald als summated Menge der touch-by-touch-Nachweis erreicht eine Grenze.

Taktile Wahrnehmung