在头骨的黑暗空间中，大脑构建了自己的现实版本。通过将期望和从感官中收集到的信息编织在一起，大脑创造了一个关于外部世界的故事。对于我们大多数人来说，大脑是一个熟练的讲故事者，但要编造一个合理的故事，它必须自己填充一些细节。
计算神经科学家佩吉·塞里埃斯 (Peggy Seriès) 说：“大脑是一台猜测机器，每时每刻都在试图猜测外面有什么。”
猜测稍有偏差（比如把微笑误认为假笑）很少会造成伤害。但塞里埃斯和其他神经科学家怀疑，猜测严重偏差可能导致精神分裂症、自闭症甚至焦虑症等精神疾病。他们说，一种称为贝叶斯定理的数学表达式（量化了先前预期如何与当前证据相结合）可能为迄今为止无法解释的恶性精神问题提供新的见解。
期望
人们对世界有一些假设，这些假设要么是天生的，要么是在生命早期习得的。例如：
- 光从上方來。
- 鼻子突出。
- 物体移动缓慢。
- 背景图像颜色统一。
- 其他人的目光都集中到我们身上。
爱丁堡大学的塞里埃斯说，贝叶斯定理“提供了新的词汇、新的工具和看待事物的新方式”。
贝叶斯数学指导的实验表明，患有某些疾病的人的猜测过程有所不同。例如，患有精神分裂症的人可能难以将他们的期望与感官检测到的东西联系起来。一些实验室实验表明，患有自闭症和高度焦虑的人不会灵活地更新他们对世界的期望。这一步骤的缺失可能会影响他们的决策能力。
伦敦大学学院的精神病学家和神经学家里克·亚当斯 (Rick Adams) 表示，鉴于精神分裂症和自闭症等精神疾病的复杂性，许多关于大脑运作的理论都失败了，这并不奇怪。目前对这些疾病的解释往往模糊且无法验证。在这种令人沮丧的背景下，亚当斯认为强大的数学理论很有前景，可以用来做出预测并实际测试它们。
亚当斯说：“这实际上比旧式认知心理学方法有了进步，在旧式认知心理学方法中，你会使用带有方框和标签的流程图，上面写着‘注意’或‘阅读’之类的内容，但没人知道方框里到底发生了什么。”
他补充说，将数学应用于精神障碍“是一个非常年轻的领域”，并指出计算精神病学，计划于今年夏天出版第一期。“当一个领域有了第一份期刊时，你就知道它还很年轻。”
数学思维
贝叶斯推理对于精神疾病领域来说可能是一个新事物，但数学本身已经存在了几个世纪。这种计算方法首次由托马斯·贝叶斯牧师在 18 世纪描述，它真正拥抱了历史：贝叶斯认为，基于先前经验的证据（称为“先验”）对于得出正确的答案至关重要。他可能会惊讶地看到他的数学被一丝不苟地应用于精神疾病患者，但逻辑是正确的。为了对世界上正在发生的事情做出可靠的猜测，大脑不能仅仅依靠偶尔不可靠的感官的当前输入。大脑还必须利用其对之前发生的事情的知识。正确地融合这两流信息是尽可能准确地感知世界的核心。
贝叶斯找到了一种将数字应用于这一过程的方法。通过结合先前证据和当前观察的概率，贝叶斯公式可用于计算给定怀疑为真的可能性的总体估计值。一些研究表明，一个正常运作的大脑似乎可以直观地进行这种计算，在许多情况下表现得像一个熟练的贝叶斯统计学家（SN：10/8/11，第 18 页）。
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哪里有烟
下面的例子说明了贝叶斯推理如何应用于危险火灾概率的问题。
这种计算需要大脑对先前的预期和当前的信息给予适当的重视。根据情况的不同，这些重视程度也会发生变化。例如，当感觉减弱时，大脑应该更多地依赖先前的预期。假设邮递员每天下午 4 点来。在暴风雨的下午，当视觉线索不好时，我们较少依赖视觉，而更多地依赖先前的知识来猜测前廊上下午晚些时候的噪音可能是邮递员送信的声音。在某些精神疾病中，这种灵活的平衡行为可能会失效。
精神分裂症患者经常会出现幻觉和妄想，当现实和想象之间的界限变得模糊时，就会出现这些令人虚弱的症状。这种混乱会导致听到不存在的声音，并相信不可能是真的事情。这些与现实的背离可能是由于人们在整合新证据和先前信念方面存在差异。
有证据表明这种扭曲的计算确实存在。例如，患有精神分裂症的人不会被某些视觉错觉所蒙骗，而这些错觉会欺骗大多数人。当看到一张挖空的面具内部的图片时，大多数人的大脑会错误地将图像转换为一张从页面上凸出的脸。然而，患有精神分裂症的人更有可能看到这张脸的本来面目——一张凹陷的面具。在这种情况下，患有精神分裂症的人更看重来自眼睛的信息，而不是他们认为鼻子从脸部其他部分突出的预期。
伦敦大学学院威康信托神经成像中心的神经心理学家克里斯·弗里斯表示，情况可能相反，这让事情变得更加复杂。“在这种情况下，他们的先验太弱，但在其他情况下，他们的先验太强，”他说。
在最近的一项研究中，健康人和最近开始出现精神病（精神分裂症的症状）的人，看到令人困惑的黑白阴影图像。然后，参与者看到了更容易解读的彩色图像。当再次看到黑白图像时，早期精神病患者更善于识别图像，这表明他们利用了先前的知识——彩色图片——来真正“看到”图像。对于没有精神病的人来说，彩色图像没有太大帮助。这种差异表明，精神分裂症患者平衡过去知识和当前观察的方式与没有这种疾病的人的行为不同。有时平衡会倾斜得太远——向任何一个方向倾斜。
今年 2 月，在盐湖城举行的年度计算和系统神经科学会议上，Seriès 在一次演讲中介绍了另一项视觉测试的结果：一小群患有精神分裂症的人必须描述屏幕上一系列点的移动方向。这些点在某些方向上移动的频率高于其他方向——这一统计特征让科学家了解人们预测点方向的能力。Seriès 表示，11 名患有精神分裂症的人似乎与 10 名没有精神分裂症的人一样擅长学习点的移动方向。在这种情况下，精神分裂症患者似乎能够很好地学习先验知识。
但当添加另一个技巧时，两组人之间的分歧就出现了。有时，这些点几乎看不见，有时，根本没有点。精神分裂症患者不太可能声称他们在屏幕空白时看到点。也许他们没有因为服用药物而产生幻觉，Seriès 说。事实上，未服药的精神分裂症患者的早期结果表明，他们实际上比健康志愿者更容易看到不存在的点。
Seriès 承认，迄今为止，关于精神分裂症的初步研究结果很少，有时甚至相互矛盾。“这才刚刚开始，”她说，“我们了解得还不够多。”
这项研究还处于早期阶段，目前还没有明确的结论。但这并不意外。“如果说 100 年的精神分裂症研究教会了我们什么，那就是它不会有一个很好的、简单的解释，”亚当斯说。但他辩称，用数学来描述人们如何感知世界可能会引发关于这一过程在精神疾病中如何出错的新猜测。
“你可以用很多不同的方式向受试者灌输期望，你可以控制他们看到的证据，”亚当斯说。贝叶斯理论“告诉你他们应该从那些先前的信念和证据中得出什么结论。”如果他们的结论与预测不同，科学家可以采取下一步行动。例如，脑部扫描可能会揭示错误答案是如何产生的。他说，有了对这些差异的清晰描述，“我们可能能够以一种新的方式衡量人们的认知能力，并以新的方式诊断他们的疾病。”
现在与过去
大脑将接收到的感觉信息与自闭症患者的现有知识也可能不同一些研究人员认为。在某些情况下，自闭症患者可能会过分看重他们的感觉对世界所接收到的信息，而较少依赖他们的期望。旧的观察结果支持这一观点。20 世纪 60 年代，心理学家发现自闭症儿童记忆无意义的句子（“By is go tree stroke lets”）和有意义的句子（“The fish swims in the pond”）一样好。非自闭症儿童很难记住不合逻辑的句子。但自闭症儿童并没有被这串随机的单词所困扰，这表明他们对句子意义的期望不如他们对一系列单词的记忆能力强。
另一项研究支持了自闭症患者感觉信息优先的观点。自闭症患者和非自闭症患者被要求判断视觉和声音是否同时发生。他们看到屏幕上有一个白色圆环，并在之前、之后或同时播放一个音调。非自闭症成年人受到之前试验的影响，在这些试验中，圆环和音调略有偏差。但患有自闭症的成年人没有受到影响根据早期试验，研究人员在二月份报告称科学报告。
意大利比萨大学的马可·图里及其同事认为，这种字面感知可能会妨碍对言语的感知。理解言语需要听者在心理上将视觉和声音拼接起来，而视觉和声音可能不会同时到达眼睛和耳朵。失去这种灵活性可能会使言语更难理解。
另一项研究发现，自闭症儿童比非自闭症儿童更清楚地感知移动的点（SN 在线：5/5/15)。自闭症患者的大脑似乎优先考虑传入的感官信息，而不是对事物应该如何运作的期望。伦敦大学学院的伊丽莎白·佩利卡诺和珀斯西澳大利亚大学的戴维·伯尔在 2012 年发表的一篇评论文章中描述了这一概念认知科学趋势. 密切关注从感官中涌入的信息，自闭症患者体验到的世界“太真实了”，佩利卡诺和珀斯写道。
然而，新数据警告不要将解释过于简单。今年 4 月，在纽约市认知神经科学学会年会上，研究人员进行了一项实验，20 名患有和不患有自闭症的成年人在屏幕上看到相关目标时，必须快速按下键盘上的某个键。由于目标以特定顺序出现，他们的工作变得更加容易。所有参与者在学习了应该按哪个键后，成绩都有所提高。但当顺序变为新顺序时，自闭症患者就退缩了。剑桥大学认知神经学家欧文·帕森斯 (Owen Parsons) 表示，这一结果表明，他们很好地学习了先前的预期，但随着条件的变化，他们很难更新这些预期。
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记忆测试
1967 年的一项研究表明，自闭症儿童记忆无意义的单词串和记忆句子的能力一样强。结果表明，他们对有意义的句子的期望值较低。
一些研究人员认为，扭曲的计算——以及它们所创造的世界的改变版本——也可能对抑郁和焦虑产生影响。在遭受抑郁折磨时，人们可能会坚持扭曲的先验——例如，相信美好的事物遥不可及。加州大学伯克利分校的神经科学家索尼娅·毕晓普及其同事在 2015 年的《美国心理学杂志》上报告称，焦虑症患者在动荡的环境中很难做出正确的选择。自然神经科学。
在他们的实验中，人们必须选择一个形状，有时会受到电击。焦虑程度较低的人很快学会了避免电击，即使形状和电击之间的关系发生了变化。但是焦虑程度较高的人表现更差研究人员发现，当这些关系发生变化时，焦虑水平就会下降。“焦虑水平高的人似乎无法调整自己的学习方式来应对环境的不稳定或稳定，”毕晓普说。
应力关闭
当环境发生变化时，焦虑程度较高的人（浅蓝色）从冲击中学习到的知识比焦虑程度较低的人（深蓝色）要少（以瞳孔大小的变化来衡量）。
资料来源：Michael Browning等人/自然神经科学2015 年。
科学家还不能确定焦虑症患者和自闭症患者难以适应新环境的原因。可能是一旦学会了某些规则（计算机按键序列，或形状与电击之间的联系），这两组人就会努力用新信息更新先前的知识。
毕晓普推测，这种僵化实际上可能首先导致焦虑。“当一些意想不到的糟糕事情发生时，你不知道该如何应对”，而这种不知所措“很可能是焦虑和压力的一大根源。”
重新计算
Bishop 表示，“在精神疾病领域，我们因未能取得进展而感到非常沮丧”。将数学理论应用于大脑或许是一种进步的方式。她说，研究人员“对计算精神病学总体上非常兴奋”。
苏黎世大学的计算精神病学家 Quentin Huys 就是其中之一。他说，数学可以帮助阐明精神疾病，这是现有方法无法做到的。在 3 月的《自然神经科学Huys 及其同事认为，数学可以揭开精神疾病的神秘面纱，并且把大脑想象成一个贝叶斯数字计算器可能会让我们对精神疾病有更深入的了解。Huys 表示，计算方法必不可少。“没有它，我们就无法摆脱困境。”例如，如果焦虑程度较高的人在感知测试中表现不同，那么该测试既可用于诊断，也可用于监测治疗效果。
科学家希望，对精神疾病的更深入描述可以带来更清晰的方法来识别疾病、记录治疗效果，甚至改善治疗。毕晓普提出了开发应用程序的可能性，帮助焦虑症患者评估情况——将决策外包给有困难的人。弗里斯指出，认知行为疗法可以帮助抑郁症患者重新评估自己的经历，减少对负面经历的关注，或许可以打破沮丧的循环。
亚当斯说，除了这些潜在的干预措施外，简单地向人们解释他们的大脑是如何工作的，也可能会减轻他们的痛苦。“如果你能给人们一个解释，让他们理解他们所经历的一些事情，那将是一件非常有帮助的事情，”他说。“这可以消除这种经历的耻辱感。”
这篇文章刊登在 2016 年 5 月 28 日的《科学新闻》上，标题为“误导性的数学：错误的贝叶斯推理可能解释一些精神障碍”。
