人类多感官知觉中,贝叶斯先验与似然是独立编码的吗?

多感官知觉实验揭示了什么:大脑是否将贝叶斯先验与感官似然分开保存。

直接答案

现有证据并不表明,先验和似然在大脑中被编码为两个完全分离、彼此独立的存储。证据真正显示的是:人类的多感官行为可以用贝叶斯模型很好地描述——先验预期与感官证据的似然相结合;改变刺激可以改变先验,而改变先验又可以改变证据的权重[1][4]。这种结合究竟是通过物理上不同的神经表征实现,还是通过一个灵活的过程完成,仍是一个悬而未决的问题,而不是已有定论的发现。

5篇文献引用

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模型把两种成分合在一起,但这不等于大脑把它们分开存放

贝叶斯知觉理论把人的知觉看作预期与感官信息之间的折中。预期就是先验;感官证据以似然的形式表达,说明当前信号在不同解释下各自有多大的可能性。在多感官知觉中,大脑还要判断两个信号——比如一个声音和一次闪光——是来自同一个来源还是两个来源,因此这类理论通常被表述为贝叶斯因果推断[1][2]。

对这个问题的关键之处在于:一个模型可以写成先验乘以似然,但大脑未必把这两部分存放在不同的地方。模型是对行为进行拟合的,拟合得好只能说明计算方式类似贝叶斯,而不能说明每种成分在哪里、以何种方式被表征。因此,拟合良好的贝叶斯模型是支持这种计算的证据,而不是独立编码的直接证据。

改变刺激会改变先验,改变先验又会改变证据的权重

有一种推理认为,如果先验和似然真正独立,就可以在不触动另一方的情况下操纵其中一方:改变刺激,先验应当随之改变;反之亦然[1]。正是这一逻辑使独立性问题可以被检验,也是贝叶斯多感官实验所依赖的那类操纵。

在一项听觉—视觉定位任务中,用单模态似然与一个二维先验的乘积构建的模型,能够很好地解释人类的表现[4]。这是一个具体例子:关于空间的先验和感官似然进入同一个方程,共同预测人们把刺激定位在哪里。它说明描述行为需要这两种成分,但本身并不能说明它们是在各自独立的神经通道中计算的。

先验也不是固定不变的。在听觉—视觉数量估计中,人们倾向于高估或低估事件数量的程度取决于事件的实际数量,而那个更容易被改变的错误知觉受到自我相关性的调节,这与“自我”像先验一样把估计拉向个人高度关注的范围相一致[5]。随社会情境而变的先验仍然是先验,但这种灵活性让“存在一个单独存放先验的模块”这种简单图景更难成立。

大脑似乎是在层级结构中把两者结合起来,而不是放在一个专门的先验仓库里

神经影像研究指向人脑中存在一个多感官加工的层级结构:共同来源先验按照贝叶斯规则与感官证据结合,并对不同条件下的对数似然进行比较[2]。这里的框架是一个执行推断的层级结构,这符合这样一种看法:先验和似然是在一条加工级联中被汇合到一起的,而不是存放在彼此隔绝的独立隔间里。

关于两个半球如何处理多感官信号的相关研究发现,观察者的加工方式与贝叶斯因果推断相一致,从而把这一框架从典型的单手实验扩展到双手任务[3]。这拓宽了该计算被观察到的范围,但并没有解决先验与似然在神经层面是否独立表征的问题。

诚实的回答是:计算是贝叶斯的,编码问题仍无定论

综合来看,这些研究支持对多感官知觉的贝叶斯描述:先验和感官似然都是预测行为所必需的,而且先验可以被社会相关性等情境重塑[1][4][5]。神经层面的工作与“大脑在多感官加工的层级结构中完成这种结合”相一致[2][3]。

但这些都没有确立先验和似然是独立编码的,也就是存在可以单独读取的、彼此分离的神经表征。实验是用贝叶斯模型来检验行为与大脑反应;它们表明两种成分都在起作用,而不是表明它们被分开归档。读者应把这里的“贝叶斯”理解为对计算的描述,把“独立编码”理解为一个现有证据尚未解决的假设。

本文引用的文献

1

人类多感官知觉从整合到分离遵循贝叶斯推断

人类的多感官整合与分离符合贝叶斯因果推断模型,其中先验和似然都发挥作用;研究提出可以通过操纵刺激或先验来检验二者之间的关系。

2

皮层层级结构在多感官知觉中执行贝叶斯因果推断

人脑中的多感官加工层级结构被描述为按照贝叶斯规则将共同来源先验与感官证据结合,并对不同条件下的对数似然进行比较。

3

半球间的多感官知觉与贝叶斯因果推断

在双手匹配任务中,人类观察者对多感官信号的处理与贝叶斯因果推断相一致。

4

比较不强制整合的多感官线索组合贝叶斯模型

在一项听觉—视觉定位任务中,使用单模态似然乘积与二维先验的贝叶斯模型能够很好地解释人类的表现。

5

自我作为先验:贝叶斯多感官整合对社会显著性的可塑性

在听觉—视觉数量估计中,知觉偏差取决于事件数量,而那个先验更易被改变的错误知觉受到自我相关性的调节,这与自我在线索整合中像先验一样起作用相一致。