Нейронные механизмы принятия решений

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

НЕЙРОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

Введение

Проблему принятия решения изучают многие науки. К ней обращаются кибернетика, теория управления, инженерная психология, социология и другие дисциплины, поэтому существуют разные подходы к ее изучению. В то же время принятие решения -- основная и иногда завершающая операция мыслительной деятельности человека.

Вся жизнь человека состоит из принятия решений, непрерывной последовательности операций выбора, при этом человек постоянно сталкивается с проблемой выбора между несколькими способами поведения. Принятие решения становится обязательным моментом в жизни, поведении человека: с момента рождения и до самой смерти он оказывается постоянно в состоянии необходимости принять те или иные решения, одни из которых осуществляются автоматически на подсознательном уровне, другие становятся предметом длительного мучительного раздумья, выбора одного из возможных вариантов.

Процесс принятия решений при выборе альтернативных вариантов, распределении риска и вознаграждения актуален для междисциплинарных направлений и, в частности, для построения экономических моделей нейронных механизмов принятия решений.

В этой связи выявлена необходимость сбора фактов по проблеме нашего исследования.

В нашей работе процесс принятия решения -- производное неопределенности ситуации, в которой оно совершается.

Гипотеза исследования: за процесс принятия решения отвечают нейронные механизмы в определенных структурах мозга.

Предметом исследования являются психофизиологические механизмы принятия решения.

Целью исследования является системное изучение психофизиологических, в частности, нейронных механизмов принятия решений.

Достижение цели предполагает решение ряда задач:

Объединим психофизиологические основы принятия решений.

Рассмотрим этапы принятия решений.

Выявим базовую модель нейронных механизмов принятия решения.

1. Психофизиологические основы принятия решений

Процесс принятия решения -- производное неопределенности ситуации, в которой оно совершается. При полной определенности, когда отсутствует возможность для альтернативных действий, в сущности и нет никакой проблемы: решение принимается однозначно, автоматически, часто даже не затрагивая сферу сознания. Процесс выбора становится проблемой лишь тогда, когда в системе человек -- окружающая среда присутствует неопределенность применительно к осуществлению действий, направленных на достижение определенной цели, конечного результата.

Чем больше степень этой неопределенности, тем меньше оснований для однозначного решения и тем более вероятностным оно становится. Мозг возмещает дефицит информации использованием более тонкого и сложного аппарата оценки вероятности того или иного события. Такое усложнение работы мозга, связанное с увеличением количества логических операций, требует большего времени для принятия решения. Поэтому усиление элементов неопределенности ситуации неизбежно приводит к усилению величины латентного периода реакции. С увеличением числа дифференцируемых сигналов возрастает неопределенность проблемной ситуации, в которой выполняется процедура принятия решения и как следствие увеличивается время реакции. Эта зависимость описывается следующим образом:

(Hick): А = Klog (n + 1),

где А -- время реакции с выбором;

К -- время простой реакции без выбора;

n -- количество дифференцируемых сигналов.

Познание психофизиологической основы интегративной деятельности высших отделов центральной нервной системы, обеспечивающих процессы сознания, мышления, невозможно без установления физиологических механизмов принятия решения как узлового момента любой формы целенаправленного поведения. Процесс принятия решения является универсальным принципом анализа, синтеза и переработки в центральных нервных образованиях входной сенсорной информации и формирования выходной реакции. Принятие решения -- ключевой акт в деятельности любой достаточно сложной биологической системы, функционирующей в реальных условиях внешней среды, нашедший свое кульминационное развитие и совершенствование в различных формах проявления высшей нервной деятельности.

Суть процесса принятия решения сводится к нескольким моментам: восприятие, прием и обработка афферентной информации, образование, формирование поля альтернатив (набор возможных вариантов для последующего выбора), сравнительная оценка альтернативных действий в целях осуществления рационального выбора и собственно выбор альтернативы -- кульминация решения проблемы. Такое представление подтверждает гипотезу о принятии решения как результате, неизбежном итоге интегративного процесса, когда из множества альтернатив организм стремится выбрать одну, единственную, наилучшим образом обеспечивающую решение стоящей перед ним задачи. Рассматривая побудительные причины того или иного решения, следует отметить, что не может быть решения вообще, решения, не направленного на какой-то определенный эффект, не имеющий какой-либо определенной цели. Выбор при принятии решения в значительной мере обусловлен текущей мотивацией. Выяснение нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе операции выбора в альтернативной ситуации, направлено на дальнейшее углубление знаний о природе восприятия и переработки информации в коммуникационных системах мозга. Восприятие, отбор, фиксация и извлечение из памяти соответствующей информации, сравнительный анализ биологической значимости сигналов, выбор и реализация конкретного пути распространения возбуждения в нервных сетях, формирование эфферентных командных сигналов, поступающих к эффекторным органам, -- все это важнейшие компоненты сложного процесса принятия решения. В информационных процессах, ассоциируемых с интеллектуальной творческой деятельностью человека, широко используется оперативный механизм принятия решения (Покровский, Коротько, 2003).

2. Этапы принятия решений

Доминирующая мотивация, как фрагмент афферентного синтеза играет преимущественную роль в определении и направлении, а также в активном подборе информации, необходимой для выработки решения к действию и цели, и получения соответствующего приспособительного эффекта.

Мотивация как общее доминирующее состояние человека и животного является фильтром, который выделяет нужную и отбрасывает не продуктивную для данной исходной мотивационной установки информацию.

Именно стремление к идеальному образу цели заставляет животное производить сбор дополнительной информации для принятия решения и последующего осуществления программы действий, максимально удовлетворяющих доминирующую потребность при данных условиях. При этом подбор информации идет именно в направлении наибольшей пригодности для реализации данной мотивационной установки, для процесса принятия решения, выбора программы действий и последующего его осуществления.

Доминанте, в принятии решений и выборе программе действий наряду с памятью и ориентировочно-исследовательской реакцией, отводится ведущая роль, ведь она, есть пусковой механизм рождения наиболее продуктивной, максимально-удовлетворяющей потребности функциональной системы. Можно сказать, что она идет непрерывно и присутствует по всем уровням функциональной системы, до качественного удовлетворения ведущей потребности.

Подведем итог, уточним схему, предложенную П.К. Анохиным на рисунке 1.

Рис.1. Схема архитектуры функциональной системы поведенческого акта, включающей доминанту

В процессе принятия решения различаются две принципиально различные фазы:

1) генерация разнообразия (в которой из универсального многообразия действий выбирается класс возможных допустимых путей решения, удовлетворяющих условиям решаемой задачи)

2) ограничение этого разнообразия с целью отбора одного-единственного варианта действия (с точки зрения эффективности этого способа достижения цели).

Степень уверенности лица, принимающего решение при выборе определенной альтернативы, определяется величиной субъективной вероятности этого альтернативного действия. Эти субъективные вероятности основаны на следующих трех эмпирически выведенных постулатах (Линдсей, Норман, 1974):

1) люди обычно переоценивают встречаемость событий, имеющих низкую вероятность, и недооценивают встречаемость событий, характеризующихся высокими значениями вероятности;

2) люди считают, что событие, не наступившее в течение некоторого времени, имеет большую вероятность наступления в ближайшем будущем;

3) люди переоценивают вероятность благоприятных для них событий и недооценивают вероятность неблагоприятных.

Различают два основных способа принятия решения: алгоритмический и эвристический. Алгоритмический способ принятия решения предполагает наличие у лица, принимающего решение, значительной информации о проблемной ситуации. Алгоритмический способ принятия решения сводится к построению совокупности правил, следуя которым, автоматически достигается верное решение, т. е. имеется высокая гарантия верного решения проблемы.

При эвристическом способе получение верного результата при значительном дефиците информации о проблемной ситуации не гарантируется, однако лицо, принимающее решение, используя различные эвристические приемы, может найти рациональное решение. Эвристические приемы сокращают область поиска при решении сложной проблемы, что важно, и обеспечивают решение стоящих перед человеком проблем в течение достаточно короткого промежутка времени.

Динамический характер интегральной оценки на клеточном уровне организации нервной системы проявляется в использовании в разных условиях функционирования и в различных комбинациях одних и тех же нейронов. Такой динамизм клеточных механизмов интеграции и выбора определяется особенностями сенсорного входа центрального нейрона, вариабельностью его рецептивного поля. Мотивационные влияния избирательно повышают возбудимость только тех нейронов и потенцируют только те рецептивные поля, которые когда-либо использовались в поведенческих актах. Практически любая внешняя информация, попадающая в нашу центральную нервную систему, неизбежно сопоставляется и оценивается на весах доминирующей в данный момент мотивации. Доминирующая в данный момент мотивация представляет собой фильтр, по которому классифицируется избыточная внешняя информация. Иначе говоря, в каждый данный момент определяется значимость этой информации для мотивационных возбуждений этого момента.

Следовательно, мотивация как общее доминирующее состояние человека и животного является как бы фильтром, который выделяет нужную и отбрасывает неадекватную для данной исходной мотивационной установки информацию. П.К. Анохин указывает на исследования К. В. Судакова (Анохин, 1968), в которых нейрофизиологическая основа мотивационных предрасположений состоит в том, что восходящее влияние гипоталамических и ретикулярных образований выражается в избирательном активировании синаптических организаций коры больших полушарий, что и лежит в основе подбора текущей информации в интересах доминирующей мотивации.

Делаем вывод, что даже активный подбор внешней информации с помощью ориентировочно-исследовательской реакции может проходить с наибольшим успехом потому, что каждый фрагмент этой информации сопоставляется с доминирующим возбуждением, созданным данной мотивацией. Обстановочная афферентация модифицирует активацию рецептивных полей центральных нейронов. Сами мотивационные и обстановочные влияния, определяющие «предпусковую интеграцию» нейронного механизма принятия решения, не активируют центральные нейроны. Возбуждение последних происходит лишь на основе конвергенции на нервной клетке детонаторных влияний, определяемых функциональной организацией и топографией активируемых синапсов (Анохин, Швырков, 1978).

3. Нейронные механизмы принятия решений

Конвергенция на одном нейроне разных сенсорных потоков свидетельствует о том, что нервная клетка является достаточно сложным интегрирующим образованием, реализующим процесс принятия решения в виде генерации отдельного потенциала действия или определенной временной последовательности таких потенциалов. Обеспечение целенаправленной деятельности системы на основе процесса принятия решения немыслимо без оценки эффективности произведенного действия, что в кибернетических системах осуществляется при помощи обратной связи. Структурную основу такой обратной связи в нейронных структурах образуют коллатерали аксонов, поставляющих корковым и подкорковым нейронам точные копии, модели эфферентных возбуждений.

Согласно теории функциональной системы П. К. Анохина, принятие решения означает перевод одного системного физиологического процесса (афферентный синтез) в другой (программа действия). Этот механизм образует критический момент интегративной деятельности, когда разнообразные комбинации физиологических возбуждений, формируемых в центральных проекционных зонах мозга под влиянием соответствующих сенсорных потоков, преобразуются в эфферентные потоки импульсов -- обязательные исполнительные команды. В понятиях кибернетики нервной системы процесс принятия решения означает освобождение организма от чрезвычайно большого количества степеней свободы, выбор и реализацию лишь одной из них.

Принятие решения в теории функциональных систем. По мнению П.К. Анохина (Анохин, 1975), необходимость ввести понятие "принятие решения" возникла в процессе разработки теории ФС для четкого обозначения этапа, на котором заканчивается формирование и начинается исполнение какого-либо поведенческого акта. Таким образом, принятие решения в функциональной системе является одним из этапов в развитии целенаправленного поведения. Оно всегда сопряжено с выбором, поскольку на стадии афферентного синтеза происходит сличение и анализ информации, поступающей из разных источников. Принятие решения представляет критический "пункт", в котором происходит организация комплекса эфферентных возбуждений, порождающих в дальнейшем определенное действие. решение психофизиологический мотивация поведенческий

Обращаясь к физиологическим механизмам принятия решения, П.К. Анохин подчеркивал, что принятие решения -- процесс, включающий разные уровни организации: от отдельного нейрона, который продуцирует свой ответ в результате суммации многих влияний, до системы в целом, интегрирующей влияния множества нейрональных объединений. Окончательный результат этого процесса выражается в утверждении: система приняла решение.

Временные характеристики нейронных механизмов, обеспечивающих процесс принятия решения, находят отражение в компонентах вызванного потенциала -- комплекса электрических волн, регистрируемых из зоны центрального представительства соответствующих сенсорных систем. Процесс принятия решения по времени (100--300 мс в разных сенсорных системах) соответствует длительности нейрофизиологического механизма восприятия и переработки сенсорной информации, идентифицируемого по первичному ответу (включая и негативную волну). Более поздние компоненты вызванного потенциала ассоциируются с функционированием исполнительных механизмов.

С помощью нейрофизиологических и клинических исследований установлено, что лобные доли мозга являются основным нервным субстратом, осуществляющим принятие решения при реализации целесообразных произвольных форм деятельности человека (Лурия, 1978). Поражение лобных долей мозга, не затрагивающее физиологические процессы на входе системы (восприятие информации), приводит к существенным нарушениям процесса выбора альтернативного действия У Бориса Митрофановича Величковского мы видим сужение областей локализации нейронов, ответственных за принятие решений. Он указывал, что рефронтальные механизмы уровня F, а именно префронтальная кора, включая орбитофронтальные отделы (в особенности справа) и передняя поясная извилина, обладают наиболее мощными интегративными возможностями. Они располагают прямыми нейро-анатомическими связями со всеми другими уровнями. Эти связи, которые образуют несколько специализированных петель, обычно вовлекающих также задние структуры коры и подкорковые центры. При их участии реализуются процессы продуктивного мышления, принятия решений, самоконтроля и межличностного общения (Величковский, 2006).

Усложнение проблемной ситуации приводит к достоверному увеличению числа функциональных связей различных зон коры большого мозга, к формированию фокуса повышенной активности во фронтальных областях мозга. Активация теменных зон коры мозга наблюдается на заключительных этапах процесса принятия решения, построения адекватной модели ситуации. Высокая неопределенность проблемной ситуации находит отражение в разной интенсивности роста функциональных связей корковых зон (по сравнению с фоновым состоянием). При снижении неопределенности в случае предъявления испытуемому дополнительной информации наблюдается концентрация нейронной активности в лобных и затылочных (для зрительной информации), в лобных и височных (для слуховой информации) областях коры большого мозга. Это свидетельствует о том, что в основе нейрофизиологического процесса принятия решения лежат сложные взаимодействия первичных проекционных зон анализаторов и лобных долей мозга, играющих роль ведущего интегративного центра в коре мозга.

Рассмотрим роль эмоций в принятии решений. Ученые Антуан Бешара и Антонио Дамацио доказали, что без участия чувств невозможно принять правильное решение. Они исследовали пациентов, у которых были разрушены ответственные за эмоции части мозга. Несмотря на относительно высокий уровень интеллекта, такие люди не могли выбрать лучшую альтернативу. Пациенты выбирали худший вариант решения проблемы, потому что у них не было эмоциональной реакции на свои прошлые ошибки (Bechara, Damasio, 2005).

В целом рациональная система мозга дает возможность принять оптимальные решения, при условии наличия достаточного времени, а эмоциональная система позволяет принимать более быстрые решения.

В кодирование субъективной ценности решения классическая экономическая теория предполагает, что принятие решения о выборе той или иной альтернативы происходит рационально и зависит от уровня субъективной ценности/полезности (utility).

Теория максимизации ожидаемой полезности предполагает, что каждый индивид стремится максимизировать выгоду, выбирая альтернативу с наибольшей ожидаемой полезностью. Традиционно, на построение моделей принятия решения накладывается ограничение трудности выразить полезность в абсолютных единицах. Нейроэкономика пытается преодолеть данное ограничение, постулируя, что полезность (субъективная ценность) может быть объективно описана значением усредненной активности специализированных популяций нейронов, в первую очередь, ряда областей дофаминергической системы: прилежащего ядра (nucleus accumbens) и орбитофронтальной коры. Более того, нейроэкономические исследования показали, что субъективная ценность при выборе альтернатив кодируются нейронами прилежащего ядра, а сравнение и интеграция субъективных ценностей происходит в орбитофронтальной коре.

Рассмотрим базовую модель, которая явилась отправной концепцией нейроэкономики - модель принятия простейших перцептивных решений - перевода взгляда обезьяной в сторону доминирующего движения точек на экране монитора (Shadlen, Newsome, 2001).

Согласно данной «диффузной модели» процесс перцептивных решений начинается с нейронов-детекторов, получающих информацию («доказательства») о возможных альтернативах. Далее информация поступает к нейронам-интеграторам, накапливающим её во времени и собственно принимающим решение. Чем больше информации интегратор получает от специализированных детекторов, тем сильнее он активируется, при этом подавляя с помощью тормозных синапсов активность нейронов-интеграторов, программирующих альтернативное решение. В целом, активность системы интеграторов отражает разность между доказательствами в пользу каждой из альтернатив. Решение принимается тогда, когда уровень активности (частота разрядов) одного из нейронов-интеграторов превышает «порог принятия решений».

Первые нейроэкономические исследования механизмов перцептивных решений показали наличие подобных нейронов-интеграторов в височных областях коры мозга обезьян (зона LIP).

Заключение

Исходя из цели нашего исследования, в результате системного изучения психофизиологических механизмов принятия решений, выдвинутую нами гипотезу можно считать подтвержденной, задачи выполненными. С помощью нейрофизиологических и клинических исследований установлено, что лобные доли мозга являются основным нервным субстратом, осуществляющим принятие решения при реализации целесообразных произвольных форм деятельности человека (Лурия, 1978). Поражение лобных долей мозга, не затрагивающее физиологические процессы на входе системы (восприятие информации), приводит к существенным нарушениям процесса выбора альтернативного действия У Бориса Митрофановича Величковского мы видим сужение областей локализации нейронов, ответственных за принятие решений. Он указывал, что рефронтальные механизмы уровня F, а именно префронтальная кора, включая орбитофронтальные отделы (в особенности справа) и передняя поясная извилина, обладают наиболее мощными интегративными возможностями. Они располагают прямыми нейро-анатомическими связями со всеми другими уровнями. Эти связи, которые образуют несколько специализированных петель, обычно вовлекающих также задние структуры коры и подкорковые центры. При их участии реализуются процессы продуктивного мышления, принятия решений, самоконтроля и межличностного общения (Величковский, 2006).

Усложнение проблемной ситуации приводит к достоверному увеличению числа функциональных связей различных зон коры большого мозга, к формированию фокуса повышенной активности во фронтальных областях мозга. Активация теменных зон коры мозга наблюдается на заключительных этапах процесса принятия решения, построения адекватной модели ситуации. Высокая неопределенность проблемной ситуации находит отражение в разной интенсивности роста функциональных связей корковых зон по сравнению с фоновым состоянием. При снижении неопределенности в случае предъявления испытуемому дополнительной информации наблюдается концентрация нейронной активности в лобных и затылочных (для зрительной информации), в лобных и височных (для слуховой информации) областях коры большого мозга. Это свидетельствует о том, что в основе нейрофизиологического процесса принятия решения лежат сложные взаимодействия первичных проекционных зон анализаторов и лобных долей мозга, играющих роль ведущего интегративного центра в коре мозга (Покровский, Коротько, 2003).

Отправной концепцией нейроэкономики послужила модель принятия простейших перцептивных решений - перевода взгляда обезьяной в сторону доминирующего движения точек на экране монитора, предложенная М. Шадленом и В. Ньюсамом (Shadlen, Newsome, 2001).

Согласно данной «диффузной модели» процесс перцептивных решений начинается с нейронов-детекторов, получающих информацию («доказательства») о возможных альтернативах. Далее информация поступает к нейронам-интеграторам, накапливающим её во времени и собственно принимающим решение. Чем больше информации интегратор получает от специализированных детекторов, тем сильнее он активируется, при этом ослабляя с помощью тормозных синапсов активность нейронов-интеграторов, программирующих альтернативное решение. В целом, активность системы интеграторов отражает разность между доказательствами в пользу каждой из альтернатив. Решение принимается тогда, когда уровень активности (частота разрядов) одного из нейронов-интеграторов превышает «порог принятия решений».

Первые нейроэкономические исследования механизмов перцептивных решений показали наличие подобных нейронов-интеграторов в височных областях коры мозга обезьян (LIP).

Размещено на Allbest.ru