工作记忆的吸引子动力学解释视觉估计中刺激特异性和决策一致性偏差的共演化

本研究通过行为实验、功能磁共振成像(fMRI)和循环神经网络(RNN)建模，揭示了工作记忆(WM)的吸引子动力学如何同时解释视觉方向估计中刺激特异性偏差和决策一致性偏差的共演化机制。研究人员发现记忆状态会向特定吸引子漂移，而分类决策会进一步引导这种漂移，形成两种偏差的级联放大效应。该研究为理解感知偏差的神经机制提供了整合性解释，发表在《Neuron》杂志。

　　

在日常生活中，我们经常需要对同一物体进行多种判断——比如先判断苹果是"大"还是"小"，再估计其具体大小。有趣的是，前期的分类决策会影响后期的精确估计，这种现象被称为"决策一致性偏差"。与此同时，感知估计还存在另一种常见偏差——"刺激特异性偏差"，即估计值会系统性地偏离某些特征值（如方向估计会偏离基准方向）。这两种偏差虽然普遍存在，但学界对其共同起源和交互机制的认识仍然有限。

针对这一科学问题，首尔国立大学脑与认知科学系（Department of Brain and Cognitive Sciences, Seoul National University）的Hyunwoo Gu等研究人员开展了一项创新性研究。通过精心设计的延迟方向估计任务，结合行为测量、功能神经成像和计算建模，团队首次揭示了工作记忆(WM)的吸引子动力学是这两种偏差的共同来源。研究发现发表在顶级神经科学期刊《Neuron》上。

研究人员主要采用了三种关键技术方法：1）设计包含早期和晚期决策时间点的延迟方向估计任务，通过16.5秒延迟期追踪记忆动态；2）利用fMRI和反向编码分析解码视觉皮层中的方向记忆表征；3）训练任务优化的循环神经网络(RNN)模拟人类行为并解析其网络机制。研究还纳入了50名健康参与者进行行为实验和脑成像扫描。

刺激特异性和决策一致性偏差的行为特征
通过分析估计误差发现，方向估计表现出典型的"基准排斥"效应（刺激特异性偏差），同时决策选择会使估计值偏向选择方向（决策一致性偏差）。关键的是，在参考方向接近目标时，估计误差的变异性显著增加，这被定义为"选择诱导偏差"的特有标志。

工作记忆动态模型预测偏差的时间演化
建立的漂移-扩散模型显示，仅含扩散的动态无法解释刺激特异性偏差的增长，而加入向吸引子漂移的机制后，模型能准确预测两种偏差随决策时间延后而增强的现象。特别发现决策时机不同会导致偏差成分变化：在发散漂移方向（如基准方向）预决策偏差增加而决策后偏差减少，收敛方向（如斜向）则相反。

皮层信号证实刺激特异性漂移
从早期视觉皮层(V1-V3)解码的记忆状态显示，表征随时间从基准方向漂离而向斜向聚集，刺激特异性偏差权重逐渐增至行为水平。决策一致性偏差在BOLD信号中也呈现决策时机依赖性增长，与模型预测高度一致。

RNN揭示决策引导记忆的神经机制
任务优化的RNN复现了人类所有关键行为特征。网络分析发现三类亚群的分工：维持方向记忆的r_θ群体和竞争决策的r_ρ^cw/r_ρ^ccw群体。决策通过反馈连接使r_θ活动向选择方向位移，产生选择诱导偏差。异质性RNN中表征几何的扭曲导致发散方向比收敛方向产生更大偏差。

这项研究首次从神经机制层面统一解释了感知估计中两种基本偏差的起源。发现工作记忆不是 passively 存储信息，而是通过 attractor dynamics 主动塑造表征，而决策过程会进一步引导这种动态。该框架超越了传统将偏差归因于感觉编码或读出的观点，强调工作记忆与决策系统的交互是形成认知偏差的核心。研究建立的"决策引导 attractor dynamics"模型为理解工作记忆的主动加工特性提供了新视角，对发展更完备的感知决策理论具有重要意义。RNN揭示的模块化机制也为类脑智能系统设计提供了生物启发。未来可拓展至记忆负载、系列依赖等对工作记忆动态的调控研究。