[논문 리뷰] Sequential dependencies between trials in free choice tasks

Carsten Allefeld, Chun Siong Soon외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 04.

Neural dynamics and brain function참고 문헌 6인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 버튼 누르기와 산술 선택을 포함한 두 실험의 세부 개인별 분석을 통해 자유 선택 행동 시퀀스의 순차적 의존성에 대해 조사한다. 유의미한 순차적 의존성이 감지되었음에도 불구하고, 0.940–0.965 비트/시행의 엔트로피율은 행동이 여전히 매우 랜덤하다는 것을 시사하며, 이는 자유의지의 신경학적 전조가 여전히 선택 시퀀스에서 거의 최대의 예측 불가능성과도 호환될 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

In two previous experiments we investigated the neural precursors of subjects' "free" choices for one of two options (pressing one of two buttons, and choosing between adding and subtracting numbers). In these experiments the distribution of sequence lengths was taken as an approximate indicator of the randomness (or lack of sequential dependency) of the choice sequences. However, this method is limited in its ability to reveal sequential dependencies. Here we present a more detailed individual-subject analysis and conclude that despite of the presence of significant sequential dependencies the subjects' behavior still approximates randomness, as measured by an entropy rate (on pooled data) of 0.940 bit / trial and 0.965 bit / trial in the two experiments. We also provide the raw single-subject behavioral data.

연구 동기 및 목표

• 자유 선택 행동 시퀀스에서 순차적 의존성이 존재하는지 및 그 성격을 조사하기 위해.
• 그러한 의존성이 선택의 무작위성, 즉 자유의지의 핵심 기준을 약화시키는지 평가하기 위해.
• 이전 방법들이 랜덤성의 대리 척도로 시퀀스 길이 분포를 사용한 데 비해 향상된 방법을 개발하기 위해.
• 자유 선택 과제에서의 선택 행동에 대한 보다 세부적인 개인별 분석을 제공하기 위해.
• 투명성과 재현 가능성을 위해 원시 단일 참가자 행동 데이터를 공개하기 위해.

제안 방법

• 자유 선택으로 두 옵션 중 하나를 선택하는 두 가지 행동 실험을 실시함: 버튼 누르기 또는 산술 연산(덧셈 대 대비 뺄셈).
• 엔트로피율을 선택 시퀀스의 랜덤성에 대한 정량적 측도로 사용하였으며, 각 참가자별로 계산하고 참가자 간 융합하여 분석함.
• 집합 수준 평가를 넘어서 개인별 분석을 통해 순차적 의존성을 탐지함.
• 통계 모델링을 활용하여 이전 시험 결과에 기반한 선택의 예측 가능성을 평가함.
• 독립적 검증과 추가 분석을 가능하게 하기 위해 모든 참가자의 원시 행동 데이터를 보고함.
• 엔트로피율을 연속적인 랜덤성 측도로 사용하였으며, 1.0에 가까운 값은 최대의 예측 불가능성을 나타냄.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자유 선택 행동 시퀀스에서 순차적 의존성이 어느 정도 존재하는가?
• RQ2 순차적 의존성이 존재할 경우, 선택 시퀀스의 총 무작위성에는 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 엔트로피율이 개인 참가자의 선택 행동에서 무작위성에 대해 신뢰성 있고 민감한 측도로 기능할 수 있는가?
• RQ4 참가자 간 순차적 의존성의 차이를 비교할 경우 어떻게 나타나는가?
• RQ5 감지 가능한 의존성에도 불구하고 관찰된 행동이 진정으로 무작위에 얼마나 가까운가?

주요 결과

• 첫 번째 실험에서 융합 데이터의 엔트로피율은 0.940 비트/시행였고, 두 번째 실험에서는 0.965 비트/시행였으며, 이는 매우 높은 랜덤성을 시사함.
• 유의미한 순차적 의존성에도 불구하고 엔트로피율 측정으로 볼 때 개인의 선택 시퀀스는 여전히 매우 예측 불가능함.
• 이 연구에서는 이전 선택이 후속 선택에 체계적으로 영향을 주었음을 발견하여, 명백한 순차적 의존성이 존재함을 입증함.
• 개인별 분석 결과, 순차적 의존성이 참가자 간 균일하게 분포하지 않았으며, 일부 참가자는 다른 이들보다 더 강한 패턴을 보임.
• 모든 참가자의 원시 행동 데이터를 공개하여 재현 가능성과 향후 연구를 지원함.
• 결과적으로, 감지 가능한 의존성이 존재하더라도 자유 선택 행동은 여전히 자유의지의 신경학적 전조를 뒷받침할 정도로 충분히 랜덤함을 시사함.