古老的贝叶斯数学算法,却给现代精神障碍研

时间:2016-12-7 14:10:42 来源:器质性精神障碍

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选自ScienceNews

作者:LAURASANDERS

机器之心编译

参与:孙睿、盛威、亚洲

一个源自18世纪的数学理论有可能解释精神障碍者的思维缺陷。

18世纪的英国神职人员托马斯·贝叶斯建立了一种基于先验计算事件发生可能性的方法。在贝叶斯方法的语境下,如果精神疾病患者使用的计算值出现偏差,他们对现实世界的感知就会产生混乱。

在颅骨以内的黑暗空间里,人的大脑建立起了一个独属于它的现实。大脑将自己的预期与接收到的感官信息交织在一起,建立起了自己理解外部世界的方法。对于很多人来说,大脑是一个技术高超的说书人,但为了创造一个故事,它还需要自己添加更多细节。「大脑是一个猜测型机器,它无时无刻不在猜测外面发生了什么,」计算神经科学家PeggySeriès说。

出现轻微偏差的猜测——如把微笑误解为嘲笑——往往是没有什么伤害的。但是,Seriès和其他计算神经科学家认为,严重的猜测偏差可能是导致精神分裂症、自闭症和焦虑症等精神疾病的原因之一。他们认为,一种叫做贝叶斯定理(Bayestheorem)的数学定理,有可能为一直充满争议的精神疾病研究提供新的角度。贝叶斯定理指的是「新的证据可以被用来修正此前的观点」。

贝叶斯定理「提供了一种新词汇、新工具和新方法来看待事物,」来自爱丁堡大学的Seriès说。

由贝叶斯数学方法指导的实验结果显示,患有精神疾病患者的猜测过程不同于常人,例如,精神分裂症患者很难将自己的预期和自己的感知联系起来。而另外一些实验则证明,患有自闭症和焦虑症的人无法及时更新他们对事情的预期。这种能力的缺失会让他们的决策能力受到干扰。

伦敦大学学院的精神病专家和神经科学家RickAdams认为,考虑到精神分裂症和自闭症这类精神疾病的复杂性,此前关于它们的学说有自己的不足也是很正常的。目前很多关于精神疾病的解释都非常模糊且难以测试。在这种令人失望的现状下,Adams认为有一种数学理论能够改变这种情况,这种理论可以做出预测并接受精确测试。

「这对传统的认知心理学方法来说的确是一种进步。在传统方法里,你需要用框图画出一系列流程图,并用『注意』和『阅读』之类的标签标注这些框图,但是没有人知道在这些框图里面到底发生了什么,」Adams说。

将数学应用到精神疾病研究「是一个很新的领域,」他补充道。他指了指面前的一本《计算精神病学》(ComputationalPsychiatry)杂志,这本杂志这个夏天将会发行第一期。「才刚拥有第一本期刊的领域无疑是很新的。」

数学头脑

对于精神疾病圈来说,贝叶斯的理论可能很陌生,但是这个理论已经存在了好几个世纪。18世纪托马斯·贝叶斯第一次提出这个理论,这种理论非常看重过去的经验。贝叶斯认为,基于已有经验的证据叫做「先验」,它是对于得到合理答案非常关键。如果他知道他的理论被严谨地应用在神经疾病研究上,他一定会很惊讶,但是二者的逻辑是完全想通的。为了准确猜测将会发生的事情,大脑不能仅仅依靠即时传入的感官信息,它还需要调用已有的经验。将这两种信息准确地结合在一起,才是让大脑尽可能正确地感知世界的关键。

贝叶斯发明了一种将数字加入研究过程的方法:将从过往经验与当前观察中产生的概率结合起来,贝叶斯公式可以估算一种情况可能出现的概率。一些研究表明,正常工作的大脑似乎总是凭直觉作出这种计算,就像一个老练的贝叶斯学派统计学家。

运用贝叶斯理论来预测一场火灾发生的可能性

上述的这种计算,要求大脑给予先验预测和当前信息适当的加权,不同情况下的加权值会有所不同。当感觉器官运转不畅时,大脑需要偏向于先前预测。举个例子,如果邮递员每天下午4点钟来送信,但是如果暴风雨来临时,我们无法依赖视觉,那么我们会根据此前的经验判断,下午的敲门声应该是邮递员在送信。但是在患有精神疾病的人身上,这种灵活的调整可能会受阻。

患有精神分裂症的人经常会遭受到幻觉、错觉或乏力等症状的困扰,特别是当现实和想象的边界模糊的时候。这种困扰会导致患者听到根本不存在的声音,以及相信一些根本不可能存在的事情。这种对现实的错误感知,可能是由于患者将新证据与先前经验融合的方式有所不同。

一般人很容易认为右边的人脸和左边的一样是凸起的,实际上它是凹陷的。而精神分裂症患者则不容易出错。

这种扭曲的计算过程是有证据支持的。例如,患有精神分裂症的人不像大部分人那样,会被一些视觉现象所迷惑。同样看一张橡胶面具背面的照片,大多数人会错误地将图片转化成一张凸出的脸,而精神分裂症患者看到的就是事物本来的样子——一副凹下去的面具。在这个例子中,精神分裂症患者更依赖于眼睛看到的东西,而不是在脑海中预想一张鼻子向外凸出的脸。

但是,对于更复杂的情况,情况有可能却正好相反。根据伦敦大学学院Well







































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