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研究表明大脑是如何通过观察获得知识的

研究表明大脑是如何通过观察获得知识的

人类有很多方法来学习如何做新事情。其中一种方法是通过观察:观察另一个人完成一项任务,然后做他们所做的事情。想想看,一个孩子通过观察父母买东西或打电话来学习如何成为“成年人”。

长期以来,人们一直认为观察性学习有两种类型:模仿和仿真。模仿是指一个人模仿另一个人的行为以达到同样的目的。例如,如果你观察一个人打开保险柜时所拨的号码,那么你也可以打开保险柜。另一方面,当某人看到另一个人实现了一个目标,推断出他们的目标,然后努力实现这些目标而不模仿其他人的行为时,就会发生仿真。在这种情况下,你可能会看到那个人打开保险柜,看到里面有贵重物品,然后用锯子把它锯开。

加州理工学院进行的一项新研究表明,大脑如何在负责这两种学习的神经系统之间进行选择。这项发表在《神经元》(Neuron)杂志上的研究首次揭示了,当面对一项观察性学习任务时,大脑如何选择采用哪种策略。

这项研究是由卡洛琳·查彭蒂耶(Caroline Charpentier)领导的,她是一位神经科学的博士后学者,在约翰·奥多尔蒂(John O’doherty)的实验室里工作。奥多尔蒂是人文社会科学系的心理学教授。

根据具体情况,有时模仿效果最好,有时模仿更可靠。在这里,我们想要证明大脑是否以及如何能够同时跟踪这两种策略,并在给定的环境中自适应地选择最佳策略。”Charpentier说。

在这项研究中,参与者被放置在功能性磁共振成像仪中,这样他们在执行观察性学习任务时,他们的大脑活动可以被监控。一旦进入机器,他们就会看到虚拟老虎机,它会分发三种颜色的代币:红色、绿色或蓝色。在给定的时间里,只有一种象征性的颜色有货币价值,但是参与者没有被告知是哪种颜色。他们直接得到的唯一信息是,某台老虎机将分配给定颜色的令牌的概率。

在大多数试验中,参与者被要求观察另一个人玩老虎机,并被告知这个人完全知道哪种颜色是有价值的。通过观察其他人选择玩哪台老虎机,他们可以获得信息,这将有助于提高他们在轮到自己玩老虎机时获得有价值的代币的机会。

然而,由于研究人员很有必要了解参与者在看完其他人轮流玩老虎机后使用的是哪种观察性学习策略,所以研究人员创建了两个不同的试验场景。在一个场景中,参与者被允许和他们观察的人玩同一台老虎机。因为他们玩的是同一台机器,参与者可以模仿其他人的行为,从而进行模仿观察学习。在另一个场景中,参与者不能玩同一台机器,这阻止了他们简单地模仿其他玩家的动作,并迫使他们使用仿真学习策略。

Charpentier说,功能磁共振成像的数据显示,每一种策略都与大脑特定区域的活动有关。

她说:“模仿往往依赖于我们所说的大脑镜像系统,当一个人做出一个动作时,比如从桌子上拿起一个物体,或者当他们看到别人做同样的动作时,这个镜像系统都是活跃的。”“模仿策略更多地映射到心智化网络,它被用来推断另一个人的想法和目标,或者基本上是把你自己放在别人的位置上,试着去想他们会怎么想。”

Charpentier补充说,一旦研究小组完成了参与者的脑部扫描,他们就能够建立一个数学模型,来研究参与者如何从观察到的玩家那里学习,并在老虎机之间做出选择。该模型表明,采用何种策略的决定取决于仿真策略的可靠性,结果表明这种“仿真信号的可靠性”在大脑的几个区域都有体现。

她说:“如果模仿是可靠的,这些区域就会更活跃,更有可能被使用,而如果模仿不可靠或太不确定,这些区域就不那么活跃,我们更喜欢模仿。”“换句话说,我们的行为是两种策略的混合,大脑可以在任何时候权衡哪一种是最好的。”

Charpentier说,接下来,她想要研究大脑中与观察学习有关的区域之间的相互作用,或者它们所谓的功能连接。此外,她还想看看大脑是否遵循类似的模式来选择其他类型的学习:例如,如果一个人必须在从经验中学习和从观察中学习之间做出选择。

这篇题为“人类观察学习中选择模仿和目标模仿之间的仲裁的神经计算解释”的论文发表在3月17日的《神经元》杂志上。

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