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# Biologie # Neurowissenschaften

Die Wissenschaft der Entscheidungsfindung verstehen

Forscher schauen sich an, wie wir Entscheidungen treffen und Informationen verarbeiten.

Xuewen Shen, Fangting Li, Bin Min

― 6 min Lesedauer


Die Wissenschaft hinter Die Wissenschaft hinter Entscheidungen Entscheidungen formen. Taucht ein, wie unsere Gehirne
Inhaltsverzeichnis

Entscheidungen zu treffen kann ganz schön knifflig sein, egal ob du überlegst, was du zum Abendessen essen willst oder zwischen zwei Jobangeboten wählst. Wissenschaftler sind schon lange neugierig, wie unser Gehirn diese Entscheidungen trifft, besonders wenn es darum geht, verschiedene Infos über die Zeit abzuwiegen. Stell dir vor, du bist auf einem lebhaften Markt mit verschiedenen Ständen, die alle verschiedene Früchte verkaufen. Du musst entscheiden, welcher Stand die besten Äpfel hat, basierend auf den Infos, die du von jedem bekommst.

Die Grundlagen der Entscheidungsfindung

In der Forschung wurde Entscheidungsfindung umfangreich studiert. Denk daran, es ist ein Prozess, bei dem wir Beweise sammeln, um die beste Option zu wählen. Früher dachte man, dass wir alle Infos gleich gewichten. Aber Studien haben gezeigt, dass das nicht immer so ist. Manchmal hat frühere Info mehr Gewicht als spätere, und manchmal ist das Gegenteil der Fall!

Wenn du zum Beispiel einen lauten Knall hörst, gefolgt von einem Flüstern über einen Eisverkauf, könntest du dir den Knall lebhafter merken und dich entscheiden, Eis zu kaufen. Das nennt man den „Primacy-Effekt“, wo die erste Info einen stärkeren Einfluss hat. Umgekehrt, wenn der Eisstand das Letzte ist, was du hörst, kann die Aufregung über diese letzte Info deine Entscheidung beeinflussen, bekannt als der „Recency-Effekt“.

Verschiedene Möglichkeiten, Informationen abzuwiegen

Forscher haben herausgefunden, dass Menschen unterschiedliche Methoden nutzen, um Informationen im Laufe der Zeit abzuwiegen. Einige Studien legen nahe, dass wir oft zwischen diesen Methoden je nach Situation wechseln. Anstatt also nur zwei Optionen zu haben, kann unsere Entscheidungsfindung aus einer Vielzahl von Strategien schöpfen, die zusammen eine Art gemischten Salat von Gedanken kreieren!

Eine der Möglichkeiten, wie Wissenschaftler diese Ideen erkundet haben, sind Modelle, die helfen, zu simulieren, wie unser Gehirn Informationen verarbeiten könnte. Zwei beliebte Modelle sind wie die klassischen Videospielcharaktere in unserer Entscheidungsfindungs-Spielhalle: das „Drift-Diffusion-Modell“ und das „Divisive Normalization Model“. Ersteres betrachtet, wie Informationen über die Zeit ansammeln, während letzteres sich darauf konzentriert, wie verschiedene Informationsstücke gegeneinander abgewogen werden können.

Das neurale Schaltkreis-Modell

Um besser zu verstehen, wie wir zu unseren Entscheidungen kommen, haben Forscher begonnen, einen neuen Ansatz mit einem sogenannten Low-Rank-Neuronen-Netzwerk-Modell zu nutzen. Denk daran wie an eine vereinfachte Schaltplatte des Gehirns. Dieses Modell zielt darauf ab, wie unser Gehirn Infos sammeln und verarbeiten könnte, während es einfach bleibt.

Als diese Forscher begaben, die Entscheidungswege des Gehirns zu erkunden, fanden sie heraus, dass dieses Modell verschiedene Methoden des Abwiegens von Informationen nachbilden konnte. Noch besser: Es konnte dies auch tun, während es die komplexen Reaktionen einzelner Neuronen widerspiegelte. Wenn du also überlegst, ob du einen Apfel oder eine Orange kaufen sollst, kann dieses Modell nachahmen, wie dein Gehirn die Situation bewertet.

Die Click-Version Aufgabe

Um dieses Modell zu testen, verwendeten die Forscher etwas Lustiges und Interaktives namens „Click-Version Perceptual Decision-Making Task“. In dieser Aufgabe hören die Leute eine Reihe von Klicks, die entweder von links oder rechts kommen. Nachdem die Klicks vorbei sind, müssen die Teilnehmer sagen, von welcher Seite mehr Klicks kamen. Einfach, oder?

Die Leute zeigen oft unterschiedliche Entscheidungsstile, wenn sie mit dieser Aufgabe konfrontiert werden. Manche konzentrieren sich mehr auf frühe Klicks, während andere spätere Klicks stärker gewichten. Die Forscher identifizierten vier Hauptstile oder „verhaltenstypische Phänotypen“, basierend darauf, wie verschiedene Leute reagierten. Diese Stile umfassen flach, recency, primacy und bump integration profiles. Jeder beschreibt eine andere Art, wie die Teilnehmer die Klickinfos verarbeiteten.

Die Anzahl der Neuronen

Innerhalb des Low-Rank-Neuronen-Netzwerks nutzten die Forscher eine festgelegte Anzahl von Neuronen, um zu zeigen, wie Entscheidungen getroffen werden. Denk daran wie an eine Gruppe von begeisterten Freunden, die entscheiden, welchen Film sie schauen wollen. Jeder Freund (Neuron) hat seine eigenen Meinungen und Vorlieben, und zusammen tragen sie zur endgültigen Entscheidung bei.

Das Modell zeigte, dass wenn die Klicks abgespielt wurden, die Neuronen unterschiedlich reagierten, je nachdem, welcher Integrationsstil verwendet wurde. Einige Neuronen könnten auf frühe Klicks reagieren, während andere etwas entspannter sind und sich darauf konzentrieren, was später passiert. Diese Vielfalt in den Reaktionen ahmt die verschiedenen Arten nach, wie Menschen Informationen verarbeiten.

Muster erkennen

Mit diesem Modell fanden die Forscher heraus, dass sie die verschiedenen Integrationsstile, die in der Click-Version-Aufgabe beobachtet wurden, recht genau reproduzieren konnten. Indem sie Parameter anpassten, konnten sie zeigen, wie jeder Klick zu unterschiedlichen Zeitpunkten zur endgültigen Entscheidung beitrug. Es ist ein bisschen wie das Feintuning eines Radios, um das beste Signal zu bekommen und das ganze Rauschen zu vermeiden!

Die Auszahlung des Gehirns: Die Daten anpassen

Nachdem sie die Fähigkeit des Modells, verschiedene Verhaltensweisen nachzubilden, bestätigt hatten, verglichen die Forscher, wie gut es mit tatsächlichen menschlichen Daten im Vergleich zu anderen bestehenden Modellen passte. Dieses Modell hielt nicht nur Schritt; es schnitt ebenso gut ab wie einige der besten in diesem Bereich! Es zeigte, dass ein neuronales Schaltkreis-Modell nicht nur das Verständnis der Entscheidungsfindung unterstützen kann, sondern es auch effektiv tun kann.

Die heterogenen Reaktionen der Neuronen

Eine interessante Erkenntnis war, dass obwohl das Modell auf durchschnittlichen Neuronenreaktionen basierte, einzelne Neuronen eine Reihe von Verhaltensweisen zeigten. Das bedeutet, genau wie eine vielfältige Gruppe von Freunden können Neuronen sehr unterschiedliche Meinungen darüber haben, worauf sie sich während der Entscheidungsfindung konzentrieren. Während ein Neuron vielleicht über die ersten paar Klicks begeistert ist, könnte ein anderes mehr an den letzten Klicks interessiert sein.

Die Forscher erkundeten diese Variabilität der Neuronenreaktionen, um besser zu verstehen, wie das Netzwerk als Ganzes funktioniert. Sie klassifizierten die Arten von Reaktionen und untersuchten, wie Neuronen sowohl Verhaltenskerne, die sich auf Gesamtentscheidungen beziehen, als auch Eingabekerne, die sich auf individuelle Klickeinflüsse konzentrieren, zeigen können.

Das grössere Bild der Entscheidungsfindung

Diese Erkenntnisse gelten nicht nur für die Click-Aufgabe; sie erweitern unser Verständnis der Entscheidungsfindung insgesamt. Genau wie Schriftsteller verschiedene Techniken verwenden, um Geschichten zu erzählen, nutzt das Nervensystem verschiedene Strategien, um Informationen abzuwiegen und Schlussfolgerungen zu ziehen. Das Ziel ist nicht nur die Mechanik der Entscheidungsfindung zu verstehen, sondern auch das reiche, dynamische Zusammenspiel, das stattfindet, während wir Informationen verarbeiten.

Fazit: Eine neue Art, über Entscheidungen nachzudenken

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Entscheidungsfindung sich wie ein kompliziertes Netz von Gedanken und Einflüssen anfühlen kann, aber Forscher beginnen, dieses Netz zu entwirren. Durch die Verwendung von Low-Rank-Neuronen-Netzwerk-Modellen können Wissenschaftler besser verstehen, auf welche Weise wir Informationen verarbeiten und wie die Reaktionen einzelner Neuronen mit unseren Entscheidungen verbunden sind. Was wir über unsere Entscheidungsprozesse lernen, könnte die Art und Weise verändern, wie wir uns selbst und unsere Entscheidungen sehen. Und wer weiss? Vielleicht kannst du das nächste Mal, wenn du eine schwere Entscheidung triffst, deinen Neuronen für ihre ganze Arbeit danken!

Originalquelle

Titel: A simple neural circuit model explains diverse types of integration kernels in perceptual decision-making

Zusammenfassung: The ability to accumulate evidence over time for deliberate decision is essential for both humans and animals. Decades of decision-making research have documented various types of integration kernels that characterize how evidence is temporally weighted. While numerous normative models have been proposed to explain these kernels, there remains a gap in circuit models that account for the complexity and heterogeneity of single neuron activities. In this study, we sought to address this gap by using low-rank neural network modeling in the context of a perceptual decision-making task. Firstly, we demonstrated that even a simple rank-one neural network model yields diverse types of integration kernels observed in human data--including primacy, recency, and non-monotonic kernels--with a performance comparable to state-of-the-art normative models such as the drift diffusion model and the divisive normalization model. Moreover, going beyond the previous normative models, this model enabled us to gain insights at two levels. At the collective level, we derived a novel explicit mechanistic expression that explains how these kernels emerge from a neural circuit. At the single neuron level, this model exhibited heterogenous single neuron response kernels, resembling the diversity observed in neurophysiological recordings. In sum, we present a simple rank-one neural circuit that reproduces diverse types of integration kernels at the collective level while simultaneously capturing complexity of single neuron responses observed experimentally. Author SummaryThis study introduces a simple rank-one neural network model that replicates diverse integration kernels--such as primacy and recency--observed in human decision-making tasks. The model performs comparably to normative models like the drift diffusion model but offers novel insights by linking neural circuit dynamics to these kernels. Additionally, it captures the heterogeneity of single neuron responses, resembling diversity observed in experimental data. This work bridges the gap between decision-making models and the complexity of neural activity, offering a new perspective on how evidence is integrated in the brain.

Autoren: Xuewen Shen, Fangting Li, Bin Min

Letzte Aktualisierung: 2024-12-15 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.10.627688

Quell-PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.10.627688.full.pdf

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.

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