Nature | 證據(jù)積累中社會觀察與個體經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)編碼與非對稱整合

基本信息

Title:Evidence accumulation from experience and observation in the cingulate cortex

發(fā)表時間：2026.1.7

發(fā)表期刊:Nature

影響因子：48.5

研究背景

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的一個核心標(biāo)志是研究大腦如何推斷體驗(yàn)背后的潛在原因（Hidden Causes）。想象一下，你早起感到胃部不適，你會試圖判斷這是因?yàn)樽蛲淼氖澄镏卸荆€是感染了流感病毒。你的判斷依據(jù)首先來自自身的癥狀（惡心 vs 發(fā)燒），即體驗(yàn)性證據(jù)（Experiential Evidence）；但同時，你也會參考他人的情況：如果你的飯搭子也有類似癥狀，你會更傾向于認(rèn)為是食物中毒，這便是觀察性證據(jù)（Observational Evidence）。

盡管我們確信大腦能夠整合這兩類證據(jù)來推斷環(huán)境狀態(tài)，但其背后的神經(jīng)計算機(jī)制仍是未解之謎。前扣帶回（Anterior Cingulate Cortex, ACC）長期以來被認(rèn)為是基于證據(jù)決策的核心腦區(qū)，負(fù)責(zé)監(jiān)控行為結(jié)果、更新信念以及編碼環(huán)境的潛在狀態(tài)。同時，ACC也被發(fā)現(xiàn)對觀察到的獎勵和懲罰敏感，參與替代性學(xué)習(xí)（Vicarious Learning）。

然而，現(xiàn)有的研究大多孤立地考察這兩者。我們尚不清楚大腦是將“自身體驗(yàn)”與“他人觀察”視為同一維度的信息進(jìn)行處理，還是通過獨(dú)立的通道進(jìn)行編碼？更重要的是，當(dāng)這兩類證據(jù)發(fā)生沖突或需要整合時，神經(jīng)元群體是如何在動態(tài)變化的環(huán)境中構(gòu)建統(tǒng)一的信念（Belief）的？針對這一空白，麻省理工學(xué)院 Mehrdad Jazayeri 團(tuán)隊通過一項(xiàng)精巧的雙個體博弈任務(wù)，結(jié)合電生理記錄與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，通過幾何視角揭示了這一過程的計算架構(gòu)。

研究核心總結(jié)

研究團(tuán)隊記錄了獼猴在進(jìn)行雙個體多屬性決策任務(wù)時的ACC神經(jīng)元活動，并對比了人類被試的行為數(shù)據(jù)。

Fig. 1 | Multi-agent evidence integration task and performance.

1. 行為學(xué)發(fā)現(xiàn)：理性的整合與權(quán)重的非對稱性

研究發(fā)現(xiàn)，無論是人類還是獼猴，都能有效地結(jié)合“自身試錯”和“觀察同伴”的結(jié)果來更新對環(huán)境狀態(tài)（即哪個選項(xiàng)是獎勵選項(xiàng)）的信念。通過與理想觀察者模型（Oracle）對比，研究者發(fā)現(xiàn)被試在整合信息時展現(xiàn)出一種明顯的非對稱性（Asymmetry）：即相比于自身的直接體驗(yàn)，個體往往會給觀察到的證據(jù)賦予較低的權(quán)重（Discounting）。這種現(xiàn)象并非由于注意力缺失，而是反映了某種內(nèi)在的計算偏好。

Fig. 2 | Behavioural characteristics of experiential and observational learning in monkeys and humans.

2. 神經(jīng)表征幾何：正交編碼

在單神經(jīng)元層面，ACC神經(jīng)元表現(xiàn)出混合選擇性，既編碼自身的行動結(jié)果，也編碼觀察到的同伴結(jié)果。然而，當(dāng)研究者利用狀態(tài)空間分析（State-space Analysis）檢查神經(jīng)群體活動的幾何結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)了一個令人驚訝的現(xiàn)象：“自身結(jié)果”與“他人結(jié)果”在神經(jīng)狀態(tài)空間中被編碼在近乎正交（Orthogonal）的子空間中。這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)有力地支持了獨(dú)立輸入假說（Hypothesis 2），即ACC通過相互獨(dú)立的輸入通道接收自身和通過社會觀察獲得的反饋信息，而不是像之前某些理論預(yù)測的那樣，通過單一的“結(jié)果”通道結(jié)合身份標(biāo)簽來處理。

Fig. 3 | ACC neurons encode and integrate actor and observer outcome.

3. 計算架構(gòu)：混合投射與整合機(jī)制

為了解釋這種正交性是如何實(shí)現(xiàn)的，研究者進(jìn)一步分析了投射模式。結(jié)果排除了“由不同神經(jīng)元亞群分別處理兩類信息”的簡單假設(shè)（H2a），而是支持混合投射模型（H2b）：即自身和他人信息的輸入投射到相互重疊的神經(jīng)元群體上，但在群體層面維持幾何上的正交性。這種混合表征可能有助于后續(xù)的整合過程，避免了復(fù)雜的門控機(jī)制。

Fig. 4 | Population geometry of multi-agent evidence integration.

4. 行為非對稱性的神經(jīng)起源

本研究最精彩的洞見在于揭示了“為何我們會更相信自己的經(jīng)驗(yàn)”。研究定義了一個“信念切換維度”（Switch Evidence, SE），代表了大腦累積證據(jù)以決定是否改變策略的軸線。幾何分析顯示，“自身結(jié)果”維度的向量與SE維度的夾角，顯著小于“他人結(jié)果”向量與SE維度的夾角。這意味著，在神經(jīng)流形（Neural Manifold）上，自身經(jīng)驗(yàn)的信息能更高效、更強(qiáng)烈地投影到?jīng)Q策變量上，從而推動信念的更新；而觀察性證據(jù)由于角度較大，其對最終決策的驅(qū)動力被天然地“打折”了。這種幾何結(jié)構(gòu)直接解釋了行為學(xué)上觀察到的證據(jù)權(quán)重非對稱性。

綜上所述，這項(xiàng)工作統(tǒng)一了ACC在自我監(jiān)控和社會學(xué)習(xí)中的雙重角色，提出ACC并非簡單地記錄獎賞，而是通過正交的輸入通道和特定的幾何整合機(jī)制，將多源證據(jù)匯聚為統(tǒng)一的潛在狀態(tài)信念。這不僅為理解靈長類動物如何在社會情境下進(jìn)行決策奠定了神經(jīng)基礎(chǔ)，也為解釋“為什么在此類任務(wù)中我們總是更相信自己”提供了優(yōu)雅的幾何學(xué)答案。

Abstract

We use our experiences to form and update beliefs about the hidden states of the world. When possible, we also gather evidence by observing others. However, how the brain integrates experiential and observational evidence is not understood. We studied the dynamics of evidence integration in a two-player game with volatile hidden states. Both humans and monkeys successfully updated their beliefs while playing the game and observing their partner, although less effectively when observing. Electrophysiological recordings in animals revealed that the anterior cingulate cortex integrates independent sources of experiential and observational evidence into a coherent neural representation of dynamic belief about the environment’s state. The geometry of population activity revealed the computational architecture of this integration and provided a neural account of the behavioural asymmetry between experiential and observational evidence accumulation. This work lays the groundwork for understanding the neural mechanisms underlying evidence accumulation in social contexts in the primate brain.