Choice-induced biases in perceptual decision-making
Anne E Urai · 2018
How do we use sensory information from our environment to make decisions about the world around us? This process, called perceptual decision-making, is often studied in the lab by showing people movies of flickering dots, and asking them to press one of two buttons depending on whether they thought the majority of dots moved up- or downwards. Such decisions tend to be affected by decisions made previously, even when people know that using past observations will not help them perform better. In this thesis, I investigated the flexibility of these serial choice biases and the factors that modulate them, as well as the precise effects that previous choices have on decision dynamics and their neural correlates. Choice biases depend not only on previous decisions, but also on the confidence in them. Using a statistical model of decision-making, we showed that both slow response times and large pupil dilation reflected uncertain choices that were more likely to be incorrect. While people in general tended to repeat their choices, slow reaction times and enlarged pupils predicted a reduction of this repetitive behaviour: uncertain decisions were less likely to be repeated. When we changed the experiment so that stimuli consistently repeated or alternated, people adapted their choice patterns accordingly. In such structured environments, choice biases again depended on previous reaction times. Serial choice biases arise from previous perceptual decisions (‘up- or downwards moving dots?’), rather than the motor response used to report that decision (‘press left for upwards motion’). Moreover, across different perceptual decision-making experiments, individual serial choice biases were most strongly related to the speed at which sensory information is transformed into a choice, rather than the stimulus-unrelated preference to make one or the other decision. When people did a perceptual decision-making task while we measured their brain activity, we found signatures of previous choices in neural activity related to visual sensory encoding, evidence accumulation and response preparation. Serial choice biases may thus originate from biased brain states in cortical circuits that give rise to perceptual decision-making. Choices don’t only induce biases in categorical decision-making (‘did the dots move up or down?’) but also perceptual estimation (‘in which direction did the dots move?’). After making a binary choice, incoming sensory information that is inconsistent with this choice has less influence on a following perceptual estimation judgment. Taken together, the results presented in this thesis suggest that choice-induced biases are pervasive in perceptual decision-making, and may be a fundamental feature of flexible decision processes in a dynamic and uncertain world. Wie benutzen wir sensorische Informationen, um den Zustand unserer Ausenwelt zu beurteilen? Dieser Prozess, allgemein als perzeptuelle Entscheidungsfindung bezeichnet, wird oft durch Labortests untersucht, bei denen Probanden Filme von flimmernden Punkten gezeigt werden. Die Probanden werden anschliesend gebeten, einen von zwei Knopfen zu drucken, um anzugeben ob sie meinen das sich die Punkte sich nach oben oder unten bewegt haben. Solche Entscheidungen neigen dazu von fruher gefallten Entscheidungen beeinflusst zu werden – selbst dann wenn die Teilnehmer wissen dass vergangene Beobachtungen ihnen nicht bei der Vereinfachung helfen. In dieser Doktorarbeit untersuchte ich die Flexibilitat dieser systematischen Tendenzen durch aufeinanderfolgende Entscheidungen (‘serial choice biases’) und die Faktoren, die diese modulieren, sowie die exakten Auswirkungen fruherer Entscheidungen auf Entscheidungsdynamik und die entsprechenden neuronalen Korrelate. Entscheidungstendenzen (‘choice biases’) sind nicht nur von vorhergehenden Entscheidungen abhangig, sondern auch von dem Mas der Sicherheit (‘confidence’) uber diese Entscheidungen. Mit Hilfe eines statistischen Modells haben wir nachgewiesen, dass langsame Reaktionszeiten sowie ausgepragte Pupillenerweiterung ein Hinweis auf unsichere Entscheidungen sind, die mit groserer Wahrscheinlichkeit falsch sind. Wahrend Menschen im Allgemeinen dazu tendierten, fruhere Entscheidungen zu wiederholen, ist dieses Verhalten bei langsamen Reaktionszeiten und groser Pupillenerweiterung weniger ausgepragt – mit Unsicherheit behaftete Entscheidungen wurden in geringerem Grad wiederholt. Bei Veranderung der Versuchsbedingungen, so dass Stimuli mit groserer Regelmasigkeit wiederholt oder abgewechselt wurden, anderten sich die Entscheidungsmuster der Probanden dementsprechend. Unter so strukturierten Versuchsbedingungen waren Entscheidungstendenzen wieder von fruheren Reaktionszeiten abhangig. Die oben beschriebenen Entscheidungsweiderholungstendenzen hangen mehr von fruheren Wahrneh- mungsentscheidungen (‘nach oben oder nach unten bewegende Punkte?’) als von fruheren motorischen Antworten ab, mit denen die vorherigen Wahrnehmungsentscheidungen berichtet wurden (‘links drucken fur Bewegung nach oben’). Auserdem standen individuelle serielle Entscheidungstendenzen in verschiede- nen Experimenten zur perzeptuellen Entscheidungsfindung am ehesten mit der Geschwindigkeit, mit der sensorische Informationen in eine Entscheidung umgewandelt wurde, in Verbindung und weniger mit der vom Stimulus unabhangigen Praferenz einer Entscheidung uber die andere. Wahrend Teilnehmer eine Auf- gabe gestellt bekamen, bei der sie serielle Entscheidungen treffen mussten, masen wir ihre Gehirnaktivitaten und fanden Fingerabdrucke vergangener Entscheidungen in Zusammenhang mit den visuellen Eindrucken, interner Ansammlung von Indizien und Vorbereitung der Antwort. Es ist daher moglich, dass Entscheidungs- weiderholungstendenzen aus Aktivierungszustanden in kortikalen Schaltkreisen stammen, welche fur per- zeptuelle Entscheidungsfindung verantwortlich sind. Fruhere Entscheidungen beeinflussen nicht nur die Ausbildung von Entscheidungstendenzen in Bezug auf kategorische Entscheidungen (‘haben sich die Punkte nach oben oder unten bewegt?’), sondern auch in Bezug auf kontinuierliche perzeptuelle Einschatzung (‘in welche Richtung genau haben sich die Punkte bewegt?’). Nach dem Treffen einer kategorischen Entscheidung haben sensorische Informationen, welche nicht mit dieser Entscheidung ubereinstimmen, weniger Einfluss auf ein nachfolgendes perzeptionelles Einschatzungsurteil. Insgesamt betrachtet deuten die Ergebnisse, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, darauf hin, dass durch Entscheidungen bedingte Tendenzen die perzeptuelle Entscheidungsfindung durchdringen und zudem ein grundlegendes Element flexibler Entscheidungsprozesse in dieser dynamischen und unsicheren Welt sind.