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图片来历：Diogo Matias，Champalimaud基金会
北京时刻8月13日，宣布在《Nature Neuroscience》上的一项研讨，来自葡萄牙里斯本Champalimaud不知道中心的研讨团队处理了一个长达200年前史的神经科学难题。
几个世纪以来，精神国际和物质国际被认为是彻底不同的两个国际。虽然无生命物体的运动可以经过数学来丈量和证明，但生物体的行为好像认识操控的不同力气刻画的。
大约200年前，德国医师Ernst Heinrich Weber做了一个看似无害的调查，由此诞生了心思物理学这门学科，它是研讨心物联络并使之数量化的一个心思学，触及物理影响及头脑中引发的感觉。在试验中，Weber要求受试者判别出两种略微不同的分量中哪一种更重。经过这些试验，他发现受试者做出正确挑选的概率只取决于权衡之间的份额。
Weber
举例来说，假如一个受试者在比较1千克和1.1千克的分量时有75％的正确率，那么当他比较2千克和2.2千克的两个分量时，正确率也将到达75％。一般，恣意一个分量比另一个重10%的情况下都将如此。这一简略但准确的规矩为依据数学规律对行为进行量化打开了大门。
从那以后，Weber的调查被推行到许多动物物种的感知方法，然后形成了现在所知的韦伯规律。它是心思物理学中最陈旧且最确认的规律。心思物理规律描绘了感知的准确规矩，而且十分重要，由于它们可以用来从大脑进程中取得行为的数学解说，就像行星在天空中的准确运动形式关于了解引力相同有用。
多年来，人们对韦伯规律提出了许多解说。虽然他们都能解说韦伯的发现，但还没有找到试验测验来确认哪种模型是正确的。因而，韦伯规律的数学解说之谜依然悬而未决。
来自葡萄牙里斯本Champalimaud不知道中心Alfonso Renart的研讨团队发现，韦伯规律可以被描绘为一种新的心思物理规矩，该规矩触及做出挑选所需的时刻，而不只仅是成果。而且，该研讨团队现已证明，这一新规矩足以推导出一个共同而准确的数学模型，描绘韦伯规律背面的认知进程。
时刻是要害
在这项新研讨中，Alfonso Renart的团队练习大鼠判别两种强度略有差异的声响。他们专门制作了一种特别合适大鼠头部的微型耳机，并用它们一起向其两只耳朵传递声响。
在每次试验中，两个扬声器中的一个的音量会略微大一些，而小鼠的使命是陈述哪一个扬声器的音量更大，并指向相应的一侧。
图片来历：《Nature Neuroscience》
研讨榜首作者Jose Pardo-Vazquez解说说：“这种行为对大鼠来说很天然，由于它们的头会朝向声响的来历，就像咱们相同。”大鼠可以在需求的时分体会这种声响，以便做出决议。因而，每次测验都供给了挑选和决议计划时刻。
Pardo-Vazquez说：“咱们的试验证明，这些动物的行为契合韦伯规律。它们分辩这两种声响中哪一种音量更大的才能只取决于这两种声响强度之间的份额。假如让它们比较两种柔软播映的声响强度，只需两种声响的强度比相同，动物的准确率就和两种大声播映的声响相同。”
图片来历：《Nature Neuroscience》
然后，研讨团队开端详细剖析大鼠做出决议所花费的时刻，这一步后来被证明是至关重要的。Pardo-Vazquez解说道：“一般，韦伯规律的研讨会集在判别的准确性上，这也是韦伯本人所描绘的。令人惊奇的是，花在决议计划上的时刻几乎没有遭到重视。”
该团队认识到，决议计划时刻和这两种声响的强度是相关联的，即音量越大，决议计划时刻越短。事实上，他们标明这种联络的实质是共同的，而且在数学上是准确的，可以在两个安静声响之间的判别中调查到决议计划时刻。例如，受试者区别两个嘹亮声响之间时所丈量的决议计划时刻刚好成正比（只需声响的相对强度是稳定的）。
逾越韦伯规律
事实上，除了韦伯规律之外，该团队发现了一种新的心思物理规律，他们称之为“判别中的时刻强度等效” (TIED)，由于它将两种声响的全体强度与判别它们所用的时刻联络起来。这种联络比韦伯规律更为严厉，由于它不只联络了成对判别的准确性，还联络了它们相关的决议计划时刻。Pardo-Vazquez说：“在咱们的试验中，决议计划时刻之间的这种联络的准确度是惊人的。用如此准确的数学来描绘动物的行为是不寻常的。”
图片来历：《Nature Neuroscience》
为了研讨TIED在不同条件下是否也能坚持平衡，该团队对人类受试者进行了相同试验，并取得了类似的成果。他们还剖析了其他人的试验，在这些试验中，大鼠对混合气味进行嗅觉判别，相同得到了相同的成果。Pardo-Vazquez说：“现在说TIED是否与韦伯规律相同遍及还为时尚早，但咱们在两个物种和两种感官形式中得到了相同的成果，这是令人鼓舞的榜首步。”
挨近正确的模型
多年来，科学家们现已提出了几十种数学模型来解说韦伯规律，但没有清晰的试验测验来区别它们。研讨人员标明，TIED供给了一条行进的路途。他们的剖析标明，为了与TIED坚持一致，判别使命的数学模型需求满意一组严厉的条件。
该研讨合著者Juan Castineiras说：“这真是太棒了！TIED约束了或许的解说，然后处理了韦伯规律中许多模型之间的含糊性。”
20世纪80年代末，心思学家Stephen link提出的一个模型曾挨近处理方案，但她疏忽了一个重要的条件，即描绘感官影响的强度是怎么被感觉神经元的活动编码的。
最终一步是使用这些条件，树立一个模型来测验它对大鼠行为的准确程度。Castineiras说：“咱们竭尽或许少的参数剖析了最简略的模型。当挑选这些参数值来最大极限地挨近大鼠的行为时，咱们发现模型的拟合是明显的。即使是最简略的模型咱们也能有效地捕捉到几乎没有差错就可以丈量的全部。该模型描绘了感知怎么作业的真实情况，这极大地增强了咱们的决心。”
准确的试验和理论取得了清晰的发展
由于新的心思物理规律和描绘试验数据数学模型的准确性，这些成果在他们的范畴中锋芒毕露。Renart说：“虽然在生物学和行为研讨中很少被调查到，但准确的试验成果可以供给准确的解说，然后消除从前的不置可否，完成了前进。”例如，他们的成果标明，心思物理学的一个首要理论不足以描绘这种联络。Castineiras说说：“在神经科学范畴，用数学解说来扫除彼此对立的理论是十分稀有的，由于总有或许对一个模型稍加修正，使其与试验数据相兼容。咱们发现，心思物理学中一个十分有影响力的理论，称为信号检测理论，它没有对决议计划时刻进行建模，因而无法描绘TIED。它疏忽了解说韦伯规律的实质。”
该研讨团队的下一个方针之一是要了解他们现已确认的数学模型是怎么经过大脑完成的。Renart总结道：“咱们想要确认哪些大脑区域在咱们的使命中是重要的，以及这些神经元怎么履行模型的不同核算元素。“
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