2025年1月2日，Nature Communications期刊在线发表了题为：Limitation of switching sensory information flow in flexible perceptual decision making的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）Gouki Okazawa研究组完成，其中博士研究生罗天琳为第一作者。研究团队对人类参与者进行心理物理行为学记录，发现任务切换会导致感知权重的降低，继而损害决策过程中的证据累积。该减益状态无法在任务提示阶段完全恢复，而是在刺激出现后的几百毫秒才能恢复，揭示出决策环路在读出感知信息方面的固有局限。
在日常生活中，人们需要灵活地根据任务需求将感知信息转换为合适的运动计划。当人们在不同任务间切换时，往往在切换任务后展现出任务表现的下降（即切换成本），包括正确率的降低和反应时间的增加。值得注意的是，即便实验参与者明确知道即将执行的下一个任务是什么且有一定的准备时间，以上任务表现的下降仍然会出现。该现象提示了决策环路在进行灵活决策时的固有局限性，但其中的具体机制仍有待探究。
为了揭示这背后的神经机制，研究人员设计了面孔灵活分类任务（图1）。在该任务中，参与者需要将测试面孔按照任务规则分为两类（性别规则：男性/女性；表情规则：高兴/悲伤），在每个试次开始前，中心注视点的颜色会明确提示被试当前的任务规则是性别还是表情。任务规则每隔2-6个试次切换一次。
图1：（a）面孔刺激集。该刺激集具有性别、表情两个维度。（b）试次示例。（c）任务规则切换频率。研究人员发现在任务切换后的第一个试次中，实验参与者的行为表现显著降低，其中主要体现为反应时间的增加。研究人员基于此前建立的行为数据分析框架，进行了心理物理逆相关分析与证据累积模型建模（图2）。心理物理逆相关分析可以量化感觉证据时间波动对参与者决策过程的影响。分析发现任务切换后感知权重下降，这意味着决策环路将感知输入转化为决策证据的效率发生了降低。通过建立证据累积模型，研究人员对感知权重的下降与切换成本的出现提出了机制解释。在标准漂移扩散模型中，研究人员加入了一个动态的感知权重函数，其中切换试次的初始感觉权重降低并随时间恢复。这一模型可以解释切换成本中正确率和反应时间的变化。研究结果突出表明，感觉证据处理中的暂时瓶颈是切换成本的关键驱动因素。
图2：（a）在任务切换后的第一个试次中，实验参与者的反应时间显著增加。（b）心理物理逆相关分析显示任务切换后感知权重下降。（c）加入一个动态的感知权重函数后，证据累积模型可以解释切换成本的出现。
除了让参与者在性别和表情的规则间切换，研究人员还测试了其它的感知特征（图3）。研究表明切换成本的大小与感知特征之间的重叠程度相关，在更为独立的感知特征之间切换时（例如运动与颜色）切换成本较小，而在更相似的感知特征之间切换时（例如面孔的性别与表情）切换成本较大。这些结果表明任务切换的限制源于感知系统与决策系统之间的相互作用，而非仅仅是抽象认知状态转变的结果。
图3：参与者在性别与表情间进行任务切换时切换成本最大，切换性别与颜色任务规则时次之，切换运动与颜色任务规则时切换成本最小。
脑智卓越中心Gouki Okazawa组的博士研究生罗天琳为该论文的第一作者，研究助理徐梦雅和郑智灏参与了课题的研究，Gouki Okazawa研究员为该论文的通讯作者。该研究获得了国家科技创新2030重大计划、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（海外）的经费资助。
