[论文解读] Sequential dependencies between trials in free choice tasks

Carsten Allefeld, Chun Siong Soon+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2013

Neural dynamics and brain function参考文献 6被引用 13

一句话总结

本研究通过两个实验中对按键和四则运算选择的详细个体被试分析，探究了自由选择行为序列中的顺序依赖性。尽管检测到显著的顺序依赖性，但熵率0.940–0.965比特/试验表明行为仍高度随机，暗示自由意志的神经前体可能仍与选择序列的近乎最大不可预测性相容。

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.

研究动机与目标

• 探究自由选择行为序列中是否存在顺序依赖性及其性质。
• 评估此类依赖性是否削弱选择的随机性，而随机性是自由意志的关键标准。
• 改进以往使用序列长度分布作为随机性代理指标的方法。
• 为自由选择任务中的选择行为提供更详细的个体被试分析。
• 公开原始单被试行为数据，以增强透明度和可重复性。

提出的方法

• 开展了两项涉及自由选择两个选项的行为实验：按键操作或四则运算选择（加法与减法）。
• 使用熵率作为选择序列随机性的定量度量，按被试计算并汇总所有被试的数据。
• 采用个体被试分析方法，检测超越整体水平评估的顺序依赖性。
• 应用统计建模方法，评估基于先前试验结果预测选择的可能性。
• 报告所有参与者的原始行为数据，以支持独立验证和进一步分析。
• 使用熵率作为随机性的连续度量，其值越接近1.0，表示不可预测性越高。

实验结果

研究问题

• RQ1 自由选择行为序列中存在多大程度的顺序依赖性？
• RQ2 顺序依赖性的存在如何影响选择序列整体的随机性？
• RQ3 熵率能否作为个体被试选择行为随机性的可靠且敏感的度量？
• RQ4 不同被试之间的顺序依赖性差异如何比较？
• RQ5 尽管存在可检测的依赖性，观察到的行为在多大程度上近似于真正的随机性？

主要发现

• 在第一个实验中，汇总数据的熵率为0.940比特/试验，在第二个实验中为0.965比特/试验，表明随机性很高。
• 尽管存在显著的顺序依赖性，但根据熵率测量，个体选择序列仍高度不可预测。
• 研究发现先前的选择系统性地影响了后续的选择，表明存在可测量的顺序依赖性。
• 个体被试分析显示，顺序依赖性并非在所有被试中均匀分布，部分被试表现出更强的模式。
• 所有被试的原始行为数据已公开，以支持可重复性和进一步研究。
• 结果表明，即使存在可检测的依赖性，自由选择行为仍保持足够的随机性，支持自由意志神经前体的存在。