神经科学家在200岁的谜题中进行了重大突破 - 新的心理物理法

时间持有韦伯法解释的关键。

几个世纪以来，心灵和物理世界的心理世界被视为完全不同。虽然可以在数学的帮助下测量和最终预测无生命物体的运动，但在遗嘱的控制下，生物体的运动 - 它们的行为 - 它们的行为似乎被不同的力量。

大约200年前，德国医师Ernst Heinrich Weber似乎是一个看似无害的观察，导致了心理物理学纪律的诞生 - 科学在世界上与他们在思想中唤起的感觉。Weber要求受试者说两个略微不同的重量较重。从这些实验中，他发现受试者将使正确选择的概率取决于权重之间的比率。

例如，如果对象比较1千克的重量和1.1千克重量的75％的时间是正确的75％，那么在比较两倍的2和2.2千克时，她也将是正确的75％的时间 - 或者通常，任何一个重量，其中一个重量比另一个更重。这种简单但精确的规则在数学“法律”方面打开了对行为的量化。

韦伯的观察开始以来，由于许多动物物种的所有感官方式推广，导致现在被称为韦伯的法律。这是心理物理学中最古老，最牢固的法律。心理物理法律描述了精确的感知规则，并且很重要，因为它们可以用于在大脑过程中获得对行为的数学解释，就像天空中行星的精确模式一样有助于理解引力。

多年来提出了对韦伯法律的许多解释。虽然他们可以所有帐户都考虑到韦伯的发现，但没有发现实验测试来确定哪种模型是正确的。因此，韦伯律法的数学解释难题保持开放。

现在，葡萄牙里斯本香槟师中心的一支研究人员团队发现，葡萄牙的未知中心已经发现，韦伯的定律可以被描述为新的心理物理学规则，涉及做出选择的时间，而不仅仅是结果决定。该团队表明，这种新规则足以导出描述韦伯法律底层认知过程的独特和准确的数学模型。他们的结果在科学杂志神经科学的一篇文章中描述。

时间是钥匙

在这项新的研究中，领导研究的主要调查员Alfonso Renart和他的团队培训了老鼠，以区分两种声音略有不同的强度。它们构建了微型耳机，特别适用于大鼠头部，并用它们同时向两个耳朵提供声音。

在每次试验中，两位发言者中的一个的声音会稍微响亮，老鼠的工作是报告哪位发言者通过向相应的方面取向而扮演更响亮的声音。“这种行为对大鼠来说是自然的，因为他们将他们的头朝向声音的来源，就像我们这样做一样，”JoséPardo-Vazquez是一篇文章的共同作者之一的JoséPardo-Vazquez解释道。只要他们需要弥补他们的思想，大鼠就会体验声音。因此，每次尝试都提供了一个选择，以及决定时间。

“我们的实验证实，动物的行为与韦伯的法律相匹配，”Pardo-Vazquez说。“他们判断两个声音中的哪一个更响亮，只依赖于声音强度之间的比率。如果老鼠必须比较两个声音的两个声音的强度，它的准确性就像与一对声音一样好，只要这两对都具有相同的强度比。“

然后，该团队开始详细分析大鼠若要作出决定的时间，这是一个令人关键的一步。“通常，韦伯法律的研究侧重于歧视的准确性，这是韦伯本人所描述的，”Pardo-Vazquez解释道。“令人惊讶的是，决定所采取的时间很少受到关注。”该团队实现了决定时间和一对声音的响度是挂钩的 - 声音越响亮，决定时间越短。事实上，他们表明，这种链接的性质是独特的，并且在数学上精确地，例如观察到的决定时间，例如，在两个安静的声音之间的识别中，与在两个响亮的对象之间识别的主题时测量的决策时间与决定时间成比例 - 只要它们的相对强度是恒定的。

超越韦伯的法律

事实上，该团队发现了一个新的“心理学法”，它们被称为“歧视时的时间强度等价”（捆绑），因为它将一对声音的总体强度与其相连达到了歧视的整体强度它们之间。绑定比韦伯的法律更严格，因为它不仅链接鉴别成对的准确性，而且还将其相关的决定时间链接。“在我们实验中的决定时间之间这种关系的精确性是惊人的，”Pardo-Vazquez说，“这是不寻常的，动物的行为可以用这种数学精度描述。”

为了调查绑定在不同的条件下持有的持有情况，该团队还会与人类受试者进行同类实验，获得类似的结果。他们还分析了他人的实验，其中大鼠进行异味混合物的嗅觉鉴别，再次具有相同的结果。“仍然是绑定的威尔作为韦伯的法律，但我们在两种物种和两个感官模式中获得的事实是一个令人鼓舞的第一步，”Pardo-Vazquez总结道。

在正确的模型上结束

多年来已经提出了几十种数学模型来解释韦伯的法律，但没有明确的实验测试来区分它们。研究人员推出了绑定的前进方向。他们的分析显示，为了与捆绑符合，歧视任务的数学模型需要满足一系列严格的条件。“这太棒了，”这项研究的另一个共同作者JuanCastiñeiras说。“绑定了可能的解释世界，从而解决了韦伯法的许多拟议模型之间的模糊性。”在80年代结束时心理学家斯蒂芬链接的先前提出的模型接近了解决方案，但错过了一个重要的条件，描述了感觉神经元的活性如何编码感官刺激的强度。

最后一步是采用这组条件，并构建模型以测试它如何准确地占大鼠的行为。“我们通过最少可能数量的参数分析了最简单的模型，”Castiñeiras解释道。当这些参数的值被选为最大的相似性大鼠的行为，他们发现，该模型的拟合显着。“即使是最简单的模型也有效地捕获了我们可以用几乎没有错误测量的所有内容。这极大地加强了我们的信心，即该模型描述了关于感知如何工作的真实关系，“Renart说。

精确的实验与理论导致明确的进展

这些结果由于新的心理物理规则和描述了实验数据的数学模型而脱颖而出。“虽然在生物学中和在物理学中的行为研究中，但在物理学中的研究中 - 精确的实验结果允许精确解释解决以前的歧义，因此构成进展，”Renart说。例如，他们的结果表明，心理物理学中的主要理论之一不足以描述绑定的。“产生排除竞争理论的数学解释是神经科学中非常罕见的，因为始终有可能略微修改一个模型以使其与实验数据兼容，”Castiñeiras指出。“我们表明，心理物理学（称为信号检测理论）中的一个非常有影响力的理论没有模拟决定时间，因此可以没有描述绑定。它错过了韦伯法解释的本质。“

团队的下一个目标之一是了解他们所识别的数学模型是如何由大脑实施的：“我们希望确定我们的任务中哪些大脑区域，以及这些电路中的神经元如何执行模型的不同计算元素，”Renart总结。

参考：“韦伯法的机械基础”由Jose L. Pardo-Vazquez，Juan R.Castiñeiras-de Saa，Mafalda Valente，IrisDamião，Tiago Costa，M.InêsVicente，AndréG.Mendonça，Zachary F.Mendonça，Zachary F. Mainen和Alfonso Renart ，2019年8月12日，自然神经科学.DOI：
10.1038 / s41593-019-0439-7