Change-point oddball elicits pupil-linked signatures of Bayesian belief updating
本研究引入了一种“变点奇特刺激”（change-point oddball）方案，该方案展示了在应对不可预测的环境变化时，与瞳孔相关的唤醒特征所体现的贝叶斯信念更新过程，从而为研究跨物种及临床群体的适应性学习建立了一种被动、无报告的研究方法。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
人类的大脑是一个预测机器。它不断根据以往所见所闻构建一个世界模型，并利用该模型来猜测接下来会发生什么。当现实与预测相符时，大脑保持平静。但当意想不到的事情发生时——一种不符合模式的声音，或是一个打破规则的景象——大脑必须决定该如何应对。这仅仅是一个随机的故障、系统中的瞬间噪声？还是意味着世界的规则已经发生了改变？这种瞬时的决策决定了你是会忽略一个无害的错误，还是更新你对周围环境的整个理解。判断失误可能会带来代价，导致困惑或焦虑；而判断正确则是应对变化环境的关键。长期以来，科学家一直使用简单的听力测试来研究大脑如何对惊喜做出反应，但那些测试通常涉及一个规则永恒不变的稳定世界，使得观察大脑在规则本身处于波动状态时如何学习变得不可能。
来自阿姆斯特丹大学及其他机构的研究团队开发了一种新方法，可以在不要求人们做任何事情（除了听）的情况下，观察大脑如何解决这一问题。他们创建了一个规则会不可预测翻转的听力游戏。参与者坐在安静的房间里，聆听一段纯音流，其中包含高音和低音。在一段时间内，其中一种音调会非常常见，而另一种则很罕见。然后，在没有任何预警的情况下，两者的角色会互换：罕见的音调变得常见，而常见的音调变得罕见。这种情况会随机发生，迫使听者不断去弄清楚当前生效的是哪条规则。研究人员没有要求参与者按键或说话；他们只是观察参与者的瞳孔。即使在光线恒定的昏暗房间里，瞳孔的大小也会随着大脑内部计算的变化而改变，成为了观察处理惊喜与学习系统的窗口。
研究表明，瞳孔的反应取决于声音是因为“罕见”而令人惊讶，还是因为“世界发生了改变”而令人惊讶。当一个声音违反了当前规则时，瞳孔的扩张程度比声音遵循规则时更大。至关重要的是，这种反应不仅仅是因为声音与前一个声音不同。在对照实验中，研究者播放了十种频率相等的不同音调，此时瞳孔并未对“罕见”声音表现出同样的强烈反应。这证明了大脑并非仅仅在对重复或新奇现象做出反应，而是在积极追踪环境中的隐藏状态。当大脑对于“是否发生了变化”感到最不确定时，瞳孔反应最大；而随着新规则的建立以及大脑重新获得信心，这种反应便会逐渐消退。
研究人员发现，瞳孔反应消退的速度与一个完美学习的数学模型调整其信念的速度相匹配。这表明，瞳孔的物理扩张与大脑更新其世界内部地图的过程紧密相关。为了证实这种联系，同一组参与者随后玩了一个虚拟现实游戏，他们需要驾驶通过墙壁间的缝隙。缝隙的位置遵循与音调相同的隐藏规则。研究显示，那些在听力任务中瞳孔对规则改变的可能性反应更强烈的人，在游戏规则改变时，调整其驾驶行为的速度也更快。
这种联系表明，同一种生物机制既驱动着眼睛不自主的物理反应，也驱动着改变心意的意识决策。研究结果表明，大脑使用一种特定的信号（可能涉及一种名为去甲肾上腺素的化学信使）来标记世界可能发生变化的时刻。这种信号增强了大脑从新信息中学习的能力，使其能够丢弃旧假设并采纳新假设。通过展示一个简单的、被动的听力任务如何揭示这些深层的学习过程，研究人员为研究大脑如何适应变化提供了一种新工具。这种方法最终可以帮助科学家理解为什么有些人难以在面对新证据时更新自己的信念——这种困难在各种心理健康状况中都有体现——且无需让他们执行复杂的任务或进行言语报告。这项研究证明，即使在我们静坐时，我们的身体也在不断地试图弄清楚世界是否发生了变化，而我们的瞳孔是最先察觉到的。
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