Nature Neuroscience：大脑如何同时做决定又评估信心？大脑的 “并行计算” 机制揭晓

来源 ： 转载自公众号：神经的秘密

编辑：Lisa

审核 ： mingzlee7

当你在嘈杂环境中判断朋友说的是 “去吃饭” 还是 “去看电影”，或是在选择题中犹豫哪个选项更靠谱时，大脑其实在同步完成两件关键事 —— 做出具体选择，以及评估这个选择的靠谱程度（也就是决策信心）。长期以来，科学家们一直好奇：这两个过程是先做决定再回头评估信心，还是像双核处理器一样并行处理？最近发表在《Nature Neuroscience》上的一项研究，通过对猕猴大脑的精密实验，为我们揭开了这个认知之谜。

实验设计：让猕猴 “边做选择边表态”

为了破解决策与信心的神经关联，研究团队训练了两只恒河猴完成一项特殊的 “知觉决策任务”。这个任务的巧妙之处在于，猕猴需要通过一次眼球运动，同时报告自己的选择和对选择的信心 —— 相当于让动物在 “答题” 的同时，立刻标出 “我对这个答案有把握” 或 “我不确定”。

实验中，屏幕中央会出现一个注视点，猕猴盯住后，四个目标点会呈对角线分布在屏幕上，分别对应 “左 - 高信心”“左 - 低信心”“右 - 高信心”“右 - 低信心” 四种组合。随后，屏幕上会出现随机移动的光点，猕猴需要判断光点整体是向左还是向右移动，然后通过扫视对应的目标点完成回应。

为了让信心报告更真实，实验设置了奖惩机制：如果判断正确，选择 “高信心” 能获得更多果汁奖励；但如果判断错误，“高信心” 会受到额外的时间惩罚（下一轮等待时间延长），而 “低信心” 则无惩罚。这种设计确保了猕猴的 “信心表态” 不是随机乱选，而是基于真实的判断确定性。

同时，研究人员通过植入式电极阵列，记录了猕猴大脑侧顶内沟区（LIP 区）407 个神经元的活动。LIP 区是大脑后顶叶皮层的关键区域，此前研究已证实它与视觉知觉、决策和眼动控制密切相关，是探究决策机制的理想靶点。

行为学证据 —— 决策与信心同步酝酿

通过分析超过 20 万次实验数据，研究团队首先从行为层面验证了 “并行处理” 的可能性。

猕猴的表现符合我们对 “理性决策者” 的期待：光点移动方向越明确（运动强度越高），猕猴判断越准确，做出决策的反应时越短，选择 “高信心” 的比例也越高。更关键的是，无论光点运动强度如何，“高信心” 选择的反应时始终比 “低信心” 更短 —— 这说明信心评估并没有额外占用时间，而是在决策过程中同步完成的。

研究人员还观察到一个有趣的 “改变主意” 现象：在少数难度极高的 trials 中，猕猴会在第一次眼动后快速修正方向，甚至同时改变选择和信心等级。这种 “瞬间反悔” 的行为表明，决策和信心评估在整个过程中都处于动态调整状态，而非先定选择再补评信心。

为了进一步验证，研究团队对比了三种经典的决策模型：“串行模型”（先做选择，再评估信心）、“并行模型”（两者同步进行）和 “混合模型”（先并行再补充评估）。结果显示，只有并行模型能完美解释猕猴的行为 —— 尤其是在判断错误的 trials 中，猕猴的信心仍会随光点运动强度升高而增强，这是串行模型无法解释的关键特征。

神经层面 ——LIP 区神经元的 “双重编码”

如果决策和信心是并行处理的，大脑神经元应该会同时承载这两种信息。研究团队通过分析 LIP 区的神经活动，证实了这一猜想。 1. 神经元活动同步预测选择与信心

研究发现，LIP 区神经元的放电速率会随决策过程逐渐 “倾斜”—— 朝着最终选择的方向持续升高，这正是决策证据积累的典型特征。更令人惊讶的是，这种 “倾斜” 同时包含了信心信息：对于相同方向的选择，“高信心” trials 中神经元的放电速率更高、上升斜率更陡，且这种差异与选择信息的分离时间几乎一致（约在光点出现后 200 毫秒）。

换句话说，单个神经元的活动就像一个 “双重信号器”，既在 “投票” 支持某个选择，又在 “标注” 这个投票的可信度。

2. 群体编码的 “正交分离”

虽然单个神经元同时承载两种信息，但大脑通过群体编码的巧妙设计，避免了信息干扰。研究人员通过解码分析发现，LIP 区神经元群体中，编码选择的神经信号和编码信心的神经信号呈现 “正交” 关系 —— 就像两个垂直的坐标轴，各自独立又相互关联。这种结构让下游脑区可以清晰地分离出这两种信息，既不混淆选择方向，也不丢失信心等级。

3. 零延迟的动态更新

通过追踪单个 trial 中神经信号的时间变化，研究团队发现：选择信号和信心信号的更新几乎没有时间差（延迟接近零）。在决策关键期（光点出现后 200-600 毫秒），两者的同步性最高；即使在眼动即将发生的瞬间，信心信号仍在动态调整，这与 “串行模型” 预测的 “先定选择再等信心” 完全不符。

这项研究不仅解答了决策与信心的时间关系之谜，更刷新了我们对大脑信息处理方式的认知：

首先，它证实了大脑具备 “单证据多目标” 的并行计算能力 —— 仅通过分析同一组感官证据（光点运动），就能同时完成 “判断方向” 和 “评估确定性” 两个任务，这大大提升了决策效率，也解释了我们在生活中能快速做出带信心的判断的原因。

其次，LIP 区作为感官运动转换的关键区域，被证实同时参与决策和元认知（信心评估），打破了 “元认知仅由前额叶皮层负责” 的传统认知，为理解大脑元认知的神经环路提供了新视角。

从应用价值来看，这一发现有望为人工智能决策系统的优化提供灵感 —— 当前 AI 模型往往需要单独的模块评估决策置信度，而借鉴大脑的并行编码机制，或许能开发出更高效、更贴近人类思维的智能系统。同时，它也为理解决策相关疾病（如精神分裂症患者的信心判断异常）提供了神经层面的参考。

未来展望：大脑并行计算的更多秘密

这项研究虽然聚焦于视觉运动决策，但它揭示的并行计算原则很可能适用于更广泛的认知场景 —— 比如学习新技能时的 “尝试 - 信心” 联动、购物时的 “选择 - 满意度” 同步评估等。

未来，研究团队计划进一步探究：这种并行编码是否存在于大脑其他区域（如前额叶皮层）？不同感官模态（如听觉、触觉）的决策是否遵循相同机制？这些问题的解答，将帮助我们更全面地理解大脑如何高效处理复杂认知任务，揭开人类智能的核心奥秘。

简单来说，这项研究告诉我们：大脑做决定时，从来不是 “先斩后奏”，而是 “边斩边评”—— 这种并行计算的智慧，正是我们能在不确定的世界中快速做出靠谱判断的关键。

Vivar-Lazo, M., Fetsch, C.R. Neural basis of concurrent deliberation toward a choice and confidence judgment. Nat Neurosci (2025). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02116-9

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