時(shí)間是解釋韋伯定律的關(guān)鍵。

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，心靈和物質(zhì)世界的心理世界被視為完全不同。雖然無(wú)生命物體的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)數(shù)學(xué)來(lái)測(cè)量和最終預(yù)測(cè)，但生物體的行為似乎是由意志控制下的不同力量所塑造的。

大約200年前，德國(guó)醫(yī)生恩斯特·海因里希·韋伯（Ernst Heinrich Weber）做了一個(gè)看似無(wú)害的觀察，導(dǎo)致了心理物理學(xué)學(xué)科的誕生 - 這個(gè)科學(xué)涉及世界的物理刺激和他們?cè)谝粋€(gè)學(xué)科頭腦中喚起的感覺(jué)。韋伯要求受試者說(shuō)兩個(gè)略微不同的重量中哪一個(gè)更重。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)受試者做出正確選擇的概率僅取決于權(quán)重之間的比例。

例如，如果一個(gè)受試者在比較1公斤的重量和1.1公斤的重量時(shí)有75％的時(shí)間是正確的，那么當(dāng)比較2和2.2公斤的兩個(gè)重量時(shí)，她也將是正確的75％。通常，任何一對(duì)重量，其中一個(gè)重量比另一個(gè)重10％。這個(gè)簡(jiǎn)單而精確的規(guī)則為數(shù)學(xué)定律的行為量化打開(kāi)了大門(mén)。

韋伯的觀察結(jié)果已被推廣到許多動(dòng)物物種的所有感官方式，導(dǎo)致現(xiàn)在被稱(chēng)為韋伯定律。它是心理物理學(xué)中最古老，最牢固的法律。心理物理定律描述了精確的感知規(guī)則，并且很重要，因?yàn)樗鼈兛梢杂脕?lái)獲取大腦過(guò)程中行為的數(shù)學(xué)解釋?zhuān)拖裥行窃谔炜罩械木_運(yùn)動(dòng)模式對(duì)于理解引力一樣有用。

多年來(lái)，人們提出了許多關(guān)于韋伯定律的解釋。雖然它們都可以解釋韋伯的發(fā)現(xiàn)，但是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何實(shí)驗(yàn)測(cè)試來(lái)確定哪種模型是正確的。因此，對(duì)韋伯定律的數(shù)學(xué)解釋的難題仍然存在。

現(xiàn)在，葡萄牙里斯本Champalimaud未知中心的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)，韋伯定律可以被描述為新的心理物理規(guī)則的結(jié)果，該規(guī)則涉及做出選擇所需的時(shí)間，而不僅僅是結(jié)果。決定。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，這一新規(guī)則足以得出一個(gè)獨(dú)特而準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，描述了韋伯定律下的認(rèn)知過(guò)程。他們的研究結(jié)果發(fā)表在科學(xué)雜志“ 自然神經(jīng)科學(xué)” 上。

時(shí)間是關(guān)鍵

在這項(xiàng)新研究中，Alfonso Renart團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練老鼠區(qū)分兩種強(qiáng)度略有不同的聲音。他們構(gòu)造了專(zhuān)門(mén)適應(yīng)老鼠頭部的微型耳機(jī)，并用它們同時(shí)向兩只耳朵發(fā)出聲音。

在每次試驗(yàn)中，兩個(gè)揚(yáng)聲器中的一個(gè)上的聲音會(huì)稍微大一些，而老鼠的工作是通過(guò)朝向相應(yīng)的一側(cè)來(lái)報(bào)告哪個(gè)揚(yáng)聲器播放了更響亮的聲音?！斑@種行為對(duì)老鼠來(lái)說(shuō)很自然，因?yàn)樗麄儗㈩^部朝向聲音的來(lái)源，就像我們一樣，”該文章的共同作者之一JoséPardo-Vazquez解釋道。只要他們需要，老鼠就可以體驗(yàn)聲音，以便下定決心。因此，每次嘗試都提供了選擇和決定時(shí)間。

“我們的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，動(dòng)物的行為符合韋伯定律，”P(pán)ardo-Vazquez說(shuō)?！八麄兡軌蚍直娉鰞煞N聲音中的哪一種聲音更大，只取決于聲音強(qiáng)度之間的比例。如果老鼠不得不比較兩種聲音的強(qiáng)度，那么它的精確度就像一對(duì)聲音一樣好。只要兩對(duì)具有相同的強(qiáng)度比，就會(huì)大聲播放聲音?！?/p>

然后，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始詳細(xì)分析老鼠做出決定的時(shí)間，這一步驟變得至關(guān)重要?！巴ǔ?，對(duì)韋伯定律的研究主要集中在歧視的準(zhǔn)確性上，這正是韋伯自己所描述的，”P(pán)ardo-Vazquez解釋說(shuō)?！傲钊梭@訝的是，決定的時(shí)間很少受到關(guān)注?！?/p>

團(tuán)隊(duì)意識(shí)到?jīng)Q策時(shí)間和這對(duì)聲音的響度相關(guān)聯(lián) - 聲音越大，決策時(shí)間越短。事實(shí)上，他們表明這種聯(lián)系的本質(zhì)是獨(dú)特的，在數(shù)學(xué)上是精確的，例如，在兩個(gè)安靜的聲音之間的區(qū)分中觀察到的決定時(shí)間，例如，當(dāng)主體區(qū)分兩個(gè)響亮的聲音時(shí)所測(cè)量的決定時(shí)間與只要它們的相對(duì)強(qiáng)度是恒定的。

超越韋伯定律

事實(shí)上，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的心理物理定律，他們稱(chēng)之為“時(shí)間 - 強(qiáng)度等同于歧視”（TIED），因?yàn)樗鼘⒁粚?duì)聲音的整體強(qiáng)度與辨別它們所花費(fèi)的時(shí)間聯(lián)系起來(lái)。TIED比韋伯定律更嚴(yán)格，因?yàn)樗粌H將鑒別對(duì)的準(zhǔn)確性聯(lián)系起來(lái)，還將其相關(guān)的決策時(shí)間聯(lián)系起來(lái)?！拔覀儗?shí)驗(yàn)中決策時(shí)間之間關(guān)系的精確度令人驚嘆，”P(pán)ardo-Vazquez說(shuō)?！耙赃@種數(shù)學(xué)精確度描述動(dòng)物的行為是不尋常的?！?/p>

為了調(diào)查T(mén)IED是否也在不同條件下進(jìn)行，該團(tuán)隊(duì)對(duì)人類(lèi)受試者進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)，獲得了類(lèi)似的結(jié)果。他們還分析了其他人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，其中大鼠對(duì)氣味混合物進(jìn)行嗅覺(jué)鑒別，同樣結(jié)果相同?！艾F(xiàn)在說(shuō)TIED是否與韋伯定律一樣普遍還為時(shí)尚早，但我們?cè)趦蓚€(gè)物種和兩種感覺(jué)方式中獲得相同結(jié)果的事實(shí)是令人鼓舞的第一步，”P(pán)ardo-Vazquez說(shuō)。

關(guān)閉正確的模型

多年來(lái)已經(jīng)提出了數(shù)十種數(shù)學(xué)模型來(lái)解釋韋伯定律，但沒(méi)有明確的實(shí)驗(yàn)測(cè)試來(lái)區(qū)分它們。研究人員表示，TIED提供了一條前進(jìn)的道路。他們的分析表明，為了與TIED保持一致，歧視任務(wù)的數(shù)學(xué)模型需要滿(mǎn)足一系列嚴(yán)格條件。

“這太棒了，”該研究的另一位合著者JuanCasti?eiras說(shuō)。“TIED限制了世界可能的解釋?zhuān)瑥亩鉀Q了許多擬議的韋伯定律模型之間的模糊性。” 20世紀(jì)80年代末，心理學(xué)家斯蒂芬·林克斯（Stephen Link）先前提出的模型接近解決方案，但錯(cuò)過(guò)了一個(gè)重要的條件，描述了感覺(jué)刺激的強(qiáng)度是如何由感覺(jué)神經(jīng)元的活動(dòng)編碼的。

最后一步是采取這組條件并構(gòu)建一個(gè)模型來(lái)測(cè)試它對(duì)大鼠行為的準(zhǔn)確程度?！拔覀冇帽M可能少的參數(shù)分析了最簡(jiǎn)單的模型，”Casti?eiras解釋道。當(dāng)選擇這些參數(shù)的值以最大化與大鼠行為的相似性時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)模型的擬合是顯著的?！凹词故亲詈?jiǎn)單的模型也能有效地捕捉到我們幾乎沒(méi)有錯(cuò)誤就可以測(cè)量的一切。這極大地增強(qiáng)了我們對(duì)模型描述感知如何運(yùn)作的真實(shí)信心，”Renart說(shuō)。

精確的實(shí)驗(yàn)和理論取得了明確的進(jìn)展

由于新的心理物理學(xué)規(guī)則和描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型的精確性，這些結(jié)果在他們的領(lǐng)域中脫穎而出。“盡管在生物學(xué)和物理學(xué)中的行為研究中觀察的頻率較低，但精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻能夠解釋以前的模糊性，從而構(gòu)成進(jìn)步，”Renart說(shuō)。例如，他們的結(jié)果表明心理物理學(xué)中的一個(gè)主要理論不足以描述TIED?！爱a(chǎn)生排除競(jìng)爭(zhēng)理論的數(shù)學(xué)解釋在神經(jīng)科學(xué)中非常罕見(jiàn)，因?yàn)榭偸怯锌赡苌晕⑿薷囊粋€(gè)模型以使其與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)兼容，”Casti?eiras說(shuō)?！?我們發(fā)現(xiàn)心理物理學(xué)中一個(gè)非常有影響力的理論（稱(chēng)為信號(hào)檢測(cè)理論）沒(méi)有對(duì)決策時(shí)間進(jìn)行建模，因此無(wú)法描述TIED。它錯(cuò)過(guò)了解釋韋伯定律的本質(zhì)?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)之一是了解他們所識(shí)別的數(shù)學(xué)模型是如何通過(guò)大腦實(shí)現(xiàn)的：“我們想確定哪些大腦區(qū)域在我們的任務(wù)中是重要的，以及這些電路中的神經(jīng)元如何執(zhí)行不同的計(jì)算元素該模型，“Renart總結(jié)道。#清風(fēng)計(jì)劃#