• No results found

Different Decision Modes: Are they Based on Distinct Cognitive and Neural Mechanisms?

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Different Decision Modes: Are they Based on Distinct Cognitive and Neural Mechanisms?"

Copied!
23
0
0

Bezig met laden.... (Bekijk nu de volledige tekst)

Hele tekst

(1)

 

 

UNIVERSITY OF AMSTERDAM 

   

 

RESEARCH PROJECT I 

 

 

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

 

Different Decision Modes: Are they Based on 

Distinct Cognitive and Neural Mechanisms? 

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

    Author  Joaquina Couto    Supervisor  dhr. dr. M. (Martijn) Wokke    Co­Assessor and UvA representative  dhr. prof. dr. K.R. (Richard) Ridderinkhof                    Date: October 31, 2014  UvA student number: 10551395  E­mail: joaquinacouto@gmail.com  Master’s programme: Brain and Cognitive Sciences 

(2)

Abstract 

Different cognitive states may be adopted when making decisions. Many daily decisions emerge out of        fast intuitive judgements in which little or no explicit knowledge seem to be present. In contrast, there        are also decisions which require explicit deliberation, exploration of alternative actions and their        consequences. In these cases, people make use of metacognitive knowledge and memory processes to        regulate their own decisions. Despite the general consensus on the existence of different decision modes        and metacognitive judgments, there is still a huge amount of disagreement when it comes to the        cognitive and neural mechanisms underlying them. In addition, it is still not clear how these processes        are related to each other. The present study aims to investigate how cognitive decision styles and        confidence levels vary in terms of associated neural oscillations. We focus on the effects that feedback        has depending on decisions mode (intuitive vs. rational), and on low or high levels of confidence.        Although our findings are suggesting that different decision modes and confidence levels are based on        similar cognitive and neural mechanisms, future studies are necessary to fully ascertain this claim.    Keywords: Decision­making, Metacognition, Negative feedback, Neural oscillations                                                               

(3)

Introduction  Many daily decisions emerge out of fast intuitive judgements in which little or no explicit  knowledge seem to be present. Decisions involving some kind of expertise seem particularly to occur  under these circumstances. Fire officers, for example, are able to recognize a situation as of a kind faced  previously and rapidly retrieve a schema that provides a solution. There are, however, also some  decisions which require explicit deliberation, exploration of alternative actions and their consequences.  Decisions involving specialized knowledge in which the decision maker is still unfamiliar with may be a  prime example of this type of decision. Taking the situation of fire officers as example, novices do not  own sufficient knowledge to act in a rapid and effective way as experts do, so they usually depend on  explicit analytic reasoning to accomplish their duties (Evans, 2008). Importantly, neither of these  decision modes are perfect and they may result in errors. While intuitive decisions may fail when novel  problems are presented, deliberative decisions may fail due to a wrong hypothesis testing (Evans, 2008).  In order guide current and future behavior, people make use of metacognitive judgments and memory  processes to accurately evaluate their own decisions. These judgments help people to avoid making the  same errors twice and to evaluate whether they have enough information on which to base a reliable  decision (Yeung, & Summerfield, 2014). Despite the general consensus on the existence of different  decision modes and metacognitive judgments (e.g. low or high levels of confidence), there is still a huge  amount of disagreement when it comes to the mechanisms underlying them.   The most typical conceptual framework regarding decision modes with varying amounts of  metacognition comes from the generic dual­system theory, which dichotomizes two decision systems.  System 1 (S1) is usually interpreted as being intuitive, unconscious, rapid, and automatic, whereas  system 2 (S2) is regarded as being more deliberative, conscious, slow, and controlled (Evans, 2008,  Price, & Norman, 2008, Glöckner, & Witteman, 2009). Based on this conception, most of the  neuroscientific studies have focused on analysing reportable perceptual consciousness in an all­or­none  manner (Gaillard, Dehaene, Adam, Clémenceau, Hasboun, Baulac, Cohen, & Naccache, 2009, Dehaene,  & Changeux, 2011). In these studies, consciousness is assumed to reflect a discrete transition from a 

state of no awareness to a state of full awareness (Miller, & Schwarz, 2014). Such findings have shed  some light on both cognitive and neural mechanisms concerning consciousness access in perceptual  decision making. However, they are still based on a dual­processing approach. 

(4)

Further approaches have advanced with different perspectives and have tried to soften the  dichotomy between the two systems. Interventionist models, for example, have suggested that intuitive  and deliberate decisions rely on the same basic automatic S1 processes, and that they may become  complemented by additional deliberate operations from S2 if circumstances require a deliberate decision  mode (Evans, 2008, Horstmann, Ahlgrimm, & Glöckner, 2009). In this respect, Glöckner and Witteman  (2009) identified different types of processes underlying intuition which may or may not involve  consciousness from S2. According to the authors, some intuitive decisions are based on automatic  information­sampling processes (accumulative intuition), others however, involve a transformation of  the accumulated information into mental representations, which although unconscious, its result enters  awareness (constructive intuition). In the same line of thought, Price and Norman (2008) suggested  intuitive processes (from S1) as informative conscious feelings (from S2) without conscious access to  its antecedents. To support their idea, the authors focused in cases in which decisions are based on  metacognitive judgments, such as the Feeling of Knowing (Koriat, 2000), or the Feeling of Rightness 

(Thompson, Turner, & Pennycook, 2011), where we are capable of recognizing a correct response  though we cannot currently recall it in an explicit manner, and suggested them to function as an  intermediate point between conscious and unconscious processes.   In addition to the disagreement on whether the mechanisms underlying S1 and S2 are based on  two completely distinct processes or on two ends of a continuum, it is still not clear how decision modes  and metacognitive judgments are related to each other. The present study aims to investigate how  different decision modes and confidence levels vary in terms of cognitive processes and neural  oscillations. We focus on the effects of feedback depending on decisions made intuitively or rationally,  and whether participants experience low or high levels of certainty. Our main questions are a) how are  neural dynamics affected by negative feedback in the different decision modes and degrees of certainty,  b) how do learning by negative feedback evolve over time and vary depending on decisions made  intuitively/rationally, or on low/high levels of confidence, and c) how are decision modes and certainty  related to one another. 

Although our study is exploratory in nature, some hypothesis are made in accordance with studies  investigating neural mechanisms in response to typical negative feedback processing. We expect that intuitive  and rational decisions will involve similar neural oscillations. In particular, we predict a fronto­central 

(5)

feedback­related negativity (FRN) (Luu, Tucker, Derryberry, Reed, & Poulsen, 2003), an increase in  theta­band oscillations in mid­frontal areas (Cohen, Elger, & Ranganath, 2007, Cavanagh, 

Zambrano‐Vazquez, & Allen, 2012), and an increase in long­distance synchrony within theta range 

between mid­frontal brain areas and sensorimotor areas (van de Vijver, Ridderinkhof, & Cohen, 2011)  for both decision modes following a negative feedback. Although we predict rational and intuitive  decisions to share similar topographic distributions, we predict rational decisions to elicit higher  amounts of neural activity, namely greater FRN, stronger theta power, and stronger synchronization, in  comparison to intuitive decisions. This last prediction is made in the light of interventionist models, as  decision modes are hypothesized to be different in quantitative terms, but not in qualitative terms. The  same predictions are made for low and high levels of confidence, although no strong a priori hypotheses  are made regarding whether high levels of confidence will elicit higher amounts of neural activity or  not. As for learning, some hypothesis are also made in accordance with studies investigating neural  mechanisms in response to typical negative feedback. We expect the last blocks to contain greater FRN 

(Cohen, & Ranganath, 2007, Philiastides, Biele, Vavatzanidis, Kazzer, & Heekeren, 2010), stronger 

theta power (Cavanagh, Frank, Klein, & Allen, 2010, Cohen, Wilmes, & van de Vijver, 2011), and  strong synchronization (Luft, Nolte, & Bhattacharya, 2013) in comparison to the first blocks. In 

behavioral terms, less sub­optimal decisions and more optimal decisions are expected in the last blocks  as a result of learning. In this case, we also expect more rational decisions to be made in the last blocks.  No clear predictions are made for confidence levels in this respect.    Materials and Methods  Participants  In total, thirty­one subjects participated in the experiment. However, while one subject was  immediately excluded due to misinterpretation of task instructions, fourteen/seventeen participants were  excluded due to insufficient number of trials per condition (<20 intuitive/rational decisions or low/high  confidence levels, respectively, either before or after artifact rejection). We ended up with a sample of  thirty participants (8 male, 22 female, Mage = 22.67 years, age range: 19­30 years) for the behavioral  analysis. As for the EEG data, only fourteen participants (3 male, 11 female, Mage = 23.29 years, age  range: 20­30 years) were used to analyse decision modes, and sixteen (4 male, 12 female, Mage = 

(6)

23.44 years, age range: 20­27 years) to confidence levels. The subjects were recruited from the website  https://www.lab.uva.nl/spt/ and had the opportunity to choose either a monetary reward or an amount of  credits (ECTS) in order to fulfill course requirements. Informed consents were signed prior to the start  of the experiment. The experiment and procedures were approved by the ethics review board of the  Department of Psychology, University of Amsterdam.     Behavioral task  In order to test our hypotheses, a probabilistic implicit learning task was used (see Fig. 1). This  task consists of six blocks, each of them containing 50 trials. In each trial, participants had to track a  submarine as long as possible using the computer mouse (see Fig. 1A). The movements of the  submarine could be horizontal, vertical or diagonal, each of these associated with different probabilities  of danger. That is, while some moves were safe (vertical and horizontal moves), others were unsafe  (diagonals), and the probability of the submarine being attacked (see Fig. 1B) was higher when  dangerous moves were made (in a cumulative fashion). Participants were not told about these rules  beforehand, such that they had to learn which moves were dangerous and which ones were not by  themselves. At some point, participants would become skilled in avoiding danger, and would be able to  make optimal decisions. That is, track the submarine long enough to collect a high amount of points, but  stop tracking the submarine as soon as the trajectory became too dangerous (too many dangerous  movements have been made). To stop the trial, participants just had to press the “emergency” space bar.  At the end of each trial, participants were asked to indicate whether their decision was based on an  intuition or rational thoughts. Next, on a scale from 1 to 5, participants were asked to mention how  certain they were about their decision. In case of being attacked (sub­optimal decisions), the procedure  was the same. First, participants had to indicate whether their decision not to stop the trial was based on  intuitive or rational thoughts, and second, how sure they were about their decision not to stop the trial.  As the attacks occurred before participants’ reports, they were asked to try to be as reliable as possible  in their responses. That is, they were instructed to mention whether they were very confident about their  decision, even if that decision have resulted in an attack. By recording EEG signals while participants  were performing the task, we were able to investigate to what extent intuitive and rational decisions, and  low (1­3) and high (4­5) levels of confidence vary in terms of neural processing, especially, when 

(7)

implicit learning fails and an attack occur.     A. B.    Fig. 1. The Yellow Submarine Task. A, The submarine moves in accordance with different movements (horizontal,  vertical, and diagonal), each one associated with different probabilities of danger. B, If too many dangerous movements are  made, the probability of predators attack the submarine is higher.    EEG data recordings   EEG data were recorded and sampled at 1048 Hz using a BIOSEMI Active Two electrode  system. Sixty­four scalp electrodes were measured, and four ocular electrodes (two HEOG and two  VEOG) were used to detect horizontal and vertical eye movements. After acquisition, sampling rate was  re­sampled to 512 Hz and the data was filtered using a low­pass filter of 50 Hz and a high­pass filter of  0.5 HZ. EEG segments contaminated with eye blinks were detected and removed across recordings on  the basis of the Independent Component Analysis (ICA). Other artifacts (e.g. noisy data) were further  detected and removed by visual inspection, though artifact rejection based on ICA was also done when  necessary in this phase. As we were interested in negative feedback, data epochs of  3.5 seconds (­1.5­2  s) were selected relative to the moment when participants were attacked. This epoch window ensured  that edge effects would not contaminate our time­window of interest. Epoched data was further divided  according to intuitive or rational decisions (decision modes), and low or high levels of confidence  (confidence levels). All the pre­processing steps were done using Brain Vision Analyser and the  EEGLAB toolbox in Matlab (Delorme, & Makeig, 2004). Event­related potentials (ERPs),  time­frequency representations (TFR) and phase synchrony were also computed in Matlab using  FieldTrip toolbox (Oostenveld, Fries, Maris, & Schoffelen, 2010). 

(8)

EEG statistical analysis  Statistical analyses of ERPs were performed by comparing the mean of ERP values from  post­feedback time­windows (100­500 ms). A paired t­test was used in order to analyse intuitive vs  rational and low vs high conditions. To analyse decision modes (rational­intuitive) vs confidence levels  (high­low), an independent t­test was used instead. As for the time­frequency representation (TFR) and  phase synchronization, power values were firstly normalized with respect to a pre­stimulus baseline  (−500­0 ms). After that, statistical analyses were conducted. In case of TFR, average power values from  post­feedback time­windows (100­500 ms) were entered into a 2 (decision mode: intuitive or rational) ×  4 (channel poolings: [FCz, FC1, FC2, Fz, Cz], C3, C4, Oz) and a 2 (confidence levels: low or high) × 4  (channel poolings: [FCz, FC1, FC2, Fz,Cz], C3, C4, Oz) repeated measures ANOVAs, for­theta (4­7  Hz) and delta­band (2­4­Hz) separately. In order to analyse decision modes (rational­intuitive) vs  confidence levels (high­low), a mixed ANOVA was applied instead for both frequency bands: 2  (conditions: rational­intuitive or high­low) × 4 (channel poolings: [FCz, FC1, FC2, Fz, Cz], C3, C4,  Oz). In case of phase synchronization, average values of coherence from post­feedback time­windows  (100­500 ms) were entered into a 2 (decision mode: intuitive or rational) × 4 (channel pairs: [FCz­C3],  [FCz­C4], [FCz­Oz]) and a 2 (confidence levels: low or high) × 4 (channel pairs: [FCz­C3], [FCz­C4],  [FCz­Oz]) repeated measures ANOVAs, for­theta (4­7 Hz) and delta­band (2­4­Hz) separately. Again,  to analyse decision modes (rational­intuitive) vs confidence levels (high­low), a mixed ANOVA was  applied for both frequency bands: 2 (conditions: rational­intuitive or high­low) × 4 (channel pairs:  [FCz­C3], [FCz­C4], [FCz­Oz]). We included delta­band in our analysis because, despite theta being the  most reported frequency band among research investigating feedback processing (Luft, 2014),  delta­band has also been associated with  prediction error (Bernat, Nelson, Holroyd, Gehring, & Patrick,  2008). The Greenhouse–Geisser correction was used to adjust the degrees of freedom when necessary.  It is important to mention that the statistical tests described above were not the ones initially in  mind. We intended to use a within subjects design to look at differences between decision modes and  confidence levels and how those interact to each other. This analysis would be performed by only  applying repeated measures ANOVAs for ERPs, TFR and phase synchronization. However, due to an  insufficient number of trials for several participants, the use of such statistical tests was not possible.  Under the circumstances, we decided to use, on the one hand, a within subject design to look at 

(9)

differences between intuitive and rational decisions, as well as between low and high levels of  confidence, while on the other hand, a between subjects design to look at the interactions between  decision modes and confidence levels. This gravely limited our possibilities on finding out how  confidence and decision modes are related to each other ­ concerning the third main question of our  study. Also, due to the insufficient number of trials, we were not able to investigate the second main  question of our study in neural terms ­ how do learning by negative feedback evolve over time and vary  depending on decisions made intuitively/rationally, or on low/high levels of confidence. For those  reasons, we just reported the results regarding our first main question, ­ how are neural dynamics  affected by negative feedback in the different decision modes and degrees of certainty (which  corresponds to the within subject design) ­ and the behavioral results regarding our second main  question.    Results  Behavioral data   On average, participants were attacked on 23% of the trials. Fig. 2 displays the percentages of  the attacks in which participants decided intuitively or rationally (see Fig. 2A), and when they reported  low or high levels of confidence (see Fig. 2B). It is clear that when participants were attacked decisions  were mostly made intuitively (M = 67.77, SE = .20) than rationally (M = 31.99, SE = .20),  t(29) =  4.913, p < .001. We can also see that attacks occurred most of the times when participants reported low  levels of confidence (M = 61.97, SE = .23) than high levels (M = 37.73, SE = .23), t(29) =  2.880, p =  .007.                    

(10)

A. B.  Fig. 2. Behavioral results to negative feedback. A, Percentage of different decision modes that resulted in attacks. B,  Percentage of different confidence levels that resulted in attacks.    In Fig. 3, we can see the percentages of attacks that occurred on the three first and last blocks for  different decision modes (see Fig. 3A) and confidence levels (see Fig. 3B). A two­way ANOVA  revealed a significant main effect of decision modes, F(1,29) = 24.13, p < .001, r = .45, but no  significant main effect of blocks F(1,29) = 1.94, p = .174. Interestingly, a marginal significant  interaction effect between decision modes and blocks was observed F(1,29) = 2.81, p = .105. Further  t­tests revealed that the percentage of attacks based on intuitive decisions was higher in the first blocks  (M = .399, SE = .040) than in the last blocks (M = .278, SE = .038). This difference was towards a  statistically significant difference,  t(28) =  1.989, p = .057. In contrast, there is no significant difference  on the percentage of attacks based on rational decisions between the first blocks and last blocks, t(28) =  .173, p = .864. A two­way ANOVA also revealed a significant main effect of confidence levels, F(1,29)  = 8.30, p = .007, r = .22, and no significant main effect of blocks, F(1,29) = 1.87, p = .183. In this case,  no significant interaction effect between confidence levels and blocks was observed, F(1,29) = 1.88, p =  .181.       

(11)

A. B.  Fig. 3.  Behavioral results for learning by negative feedback. A, Percentage of different decision modes that resulted in  attacks in the beginning and in the end of the task. B, Percentage of different confidence levels that resulted in attacks in the  beginning and in the end of the task.       EEG data  ERP responses to negative feedback  Fig. 4A shows feedback­locked ERPs over the mid­frontal electrodes (FCz, FC1, FC2, Fz, Cz)  for trials containing intuitive and rational decisions, as well as the difference wave (rational decisions ­  intuitive decisions). As we can see from the figure, rational decisions (red lines) elicited a larger FRN  component (M = 35.29, SE = 7.17) than intuitive decisions (blue lines) (M = 31.31, SE = 5.75). A  dependent t­test revealed that this difference was trending towards a statistically significant difference,  t(13) = ­2.096, p = .056. The topography of the activation averaged over the identified FRN  time­window (transparent grey box) is presented in Fig. 4B. We can see a difference in heads  topographic maps, namely a distribution towards mid­frontal electrodes.                    

(12)

A.  B.    Fig. 4. ERP responses to negative feedback. A, FRN over the mid­frontal electrodes (FCz, FC1, FC2, Fz, Cz) for intuitive and  rational decisions, as well as the difference wave (rational decisions ­ intuitive decisions). B, Respective topographic  distributions from 300­400 ms after negative feedback.    As for the trials in which participants reported low and high levels of confidence (see Fig. 5A),  we observed a larger mid­frontal FRN component when participants reported high levels of confidence  on their decisions (red lines) (M = 25.79, SE = 4.92) than low levels (blue lines) (M = 22.82, SE =  4.65). This difference was statistically significant, t(15) = ­2.638, p = .019. We can see that the  distribution of FRN also occurred differently in topographic maps, again, towards mid­frontal electrodes  (see Fig. 5B).             

(13)

A.  B.    Fig. 5.  ERP responses to negative feedback. A, FRN over the mid­frontal electrodes (FCz, FC1, FC2, Fz, Cz) for low and high  levels of confidence, as well as the difference wave (high confidence levels ­ low confidence levels). B, Respective topographic  distributions from 300­400 ms after negative feedback.    Oscillatory responses to negative feedback  In Fig. 6, TF activity for intuitive (see Fig. 6A) and rational decisions (see Fig. 6B) is displayed,  as well as their respective topographical distributions. We can see that there is an increase in theta and  delta power following negative feedback in the time period marked by the black frame for both intuitive  and rational decisions. Repeated measures ANOVAs revealed no significant main effect of decision  modes in theta, F(1,13) = 1.92, p = .183, or delta power, F(1,13) = .74, p = .406. There was, however, a  significant main effect of channels location at both theta F(3,39) = 12.78, p < .001, r = 50, and  delta­band, F(1.68,19.18) = 29.20, p < .001, r = .69. This result suggests that different poolings of  channels had different effects on these two frequency bands regardless of what decision mode was  adopted. To break down this interaction, post­hoc tests were performed comparing channels C3, C4, Oz  and a cluster of electrodes (FCz, FC1, FC2, Fz, Cz), our area of interest. Post­hoc comparisons using  Bonferroni test revealed that theta and delta power were significantly higher in the mid­frontal  electrodes (FCz, FC1, FC2, Fz, Cz) than in the channels C3 (p =.004 for theta, p =.002 for delta), C4 (p 

(14)

<.001 for theta, p <.001 for delta ), and Oz (p =.056 for theta, p <.001 for delta). No significant  difference was observed between C3 and C4, C3 and Oz, and C4 and Oz at both frequency bands. This  increase in theta and delta power over the mid­frontal area for both decision modes can also be  evidenced in Fig 6A and Fig 6B, in the topographic plots. No significant interaction effect between  decision modes and channels location was observed at theta, F(3,39) = 1.84, p = .155, or delta, F(3, 39)  = 1.31, p = .285.    A. B.  Fig. 6. Oscillatory responses to negative feedback. A, Time­frequency for intuitive decisions and respective topographic  distributions. B, Time­frequency for rational decisions and respective topographic distributions. Time­frequency is computed  for a pooling of mid­frontal channels (FCz, FC1, FC2, Fz, Cz).    The TFR for trials in which participants reported low and high levels of confidence are presented  in Fig. 7A and Fig. 7B, respectively. As in the previous analysis, we observed an increase in theta and  delta power from 200 to 500 ms following an attack, either for participants who reported low or high  levels of confidence. Again, repeated measures ANOVAs revealed no significant main effect of  confidence levels in theta, F(1,15) = .20, p = .660 or delta power, F(1,15) = .77, p = .395. Nevertheless,  a significant main effect of channels location was observed at theta F(3,45) = 8.17, p < .001, r = .34, and  delta­band, F(1.52,22.84) = 14.35, p < .001, r = .49. Post­hoc comparisons revealed that theta and delta 

(15)

power were significantly stronger in the in the pooling of channels [FCz, FC1, FC2, Fz, Cz] than in the  channels C3 (p =.005 for theta, p =.003 for delta), and C4 (p <.001 for theta, p =.002 for delta). In  contrast to theta, delta power was also significantly stronger in the mid­frontal area compared to Oz (p  =.018). No significant difference was observed between C3 and C4, C3 and Oz, and C4 and Oz.  Topographic plots show, indeed, that this increase in theta and delta power occurred over the  mid­frontal area for both low (see Fig. 7A) and high levels of confidence (see Fig. 7B). Again, there was  no significant interaction effect between confidence levels and channels location at theta, F(3,45) = .75,  p = .530, or delta, F(3,45) = .13, p = .943.    A. B.  Fig. 7. Oscillatory responses to negative feedback. A, Time­frequency for low confidence levels and respective topographic  distributions. B, Time­frequency for high confidence levels and respective topographic distributions. Time­frequency is  computed for a pooling of mid­frontal channels (FCz, FC1, FC2, Fz, Cz).    Inter­site phase synchronization responses to negative feedback  Fig. 8 shows the effects of decision modes and inter­site synchronization at theta (see Fig. 8A)  and delta­band (see Fig. 8B) from repeated measures ANOVAs. As it is shown in the figure, there was  no significant main effect of decision modes at theta, F(1,13) = 1.33, p = .270, or at delta­band, F(1,13)  = .01, p = .919. Although there was no significant main effect of channel pairs at theta, F(1.16,15.04) = 

(16)

1.20, p = .299, there was a significant main effect of channel pairs at delta­band, F(2,26) = 6.14, p =  .007, r = 326. This result indicates that different channel pairs had different effects on delta  synchronization regardless of what decision mode was applied. Post­hoc comparisons using Bonferroni  test revealed that delta synchronization was significantly higher between FCz (mid­frontal area) and C3  (contralateral motor area) than between FCz and C4 (ipsilateral motor area) (p =.041). No significant  difference was observed in synchronization between other channel pairs, namely FCz with C3 compared  to FCz with Oz, and FCz with C4 compared to FCz with Oz. No significant interaction effect between  decision modes and channel pairs was observed at both frequency bands, F(1.45,18.80) = .89, p = .397  for theta, and F(2,26) = 1.02, p = .376 for delta.    A. B.  Fig. 8. Inter­site phase synchronization responses to negative feedback. A, Main effects of decision modes and inter­site  synchronization at theta­band. B, Main effects of decision modes and inter­site synchronization at delta­band.     The main effects of confidence levels and inter­site synchronization at theta (see Fig 9A) and  delta­band (see Fig. 9B) are displayed in Fig. 9. There was no significant main effect of confidence  levels, F(1,15) = .82, p = .380, no significant main effect of channel pairs, F(2,30) = 1.66, p = .208, and  no significant interaction effect between confidence levels and channel pairs at theta­band,  F(1.14,17.15) = .36, p = .585. As for delta, although there was no significant main effect of confidence  levels, F(1,15) = .01, p = .913, and no significant main effect of channel pairs, F(2,30) = 2.59, p = .091,  the interaction effect between confidence levels and channel pairs was trending towards a statistically  significant difference, F(2,30) = 3.17, p = .057. 

(17)

  A. B.  Fig. 9. Inter­site phase synchronization responses to negative feedback. A, Main effects of confidence levels and inter­site  synchronization at theta­band. B, Main effects of confidence levels and inter­site synchronization at delta­band.     Discussion  In the present study, we investigated how different decision modes and confidence levels come  about in time during an implicit learning task and how these vary in terms of cognitive and neural  mechanisms. We focused on the effects that feedback has depending on decisions made intuitively or  rationally, and on low or high levels of certainty. Overall, the findings we got suggest that different  decision modes and confidence levels are based on similar cognitive and neural basic mechanisms.  Nevertheless, future studies are necessary to fully ascertain this claim.    Behavioral effects of negative feedback  We found that attacks occurred mostly when participants were deciding intuitively or with low  levels of confidence. Although these results do not seem to support the interventionist models, as  optimal decisions were found to rely more often on analytic reasoning, than on intuitive automatic  processes (Evans, 2008), we cannot dismiss the fact that these findings may be based on biased reports.  The task we used was developed in a way that the attacks occurred before participants’ reports on  whether their decisions were based on intuitive/rational thoughts and low/high levels of confidence.  Participants were instructed to be as reliable as possible in their responses. Even so, at the moment of  their reports, they already knew their decisions not to stop the trial had not been successful, and this 

(18)

information could have influenced their judgments somehow.  As for the behavioral results regarding learning, we observed relatively the same amount of  attacks across the blocks, regardless of being based on intuitive/rational decisions, and low/high levels  of confidence. These results may be interpreted in light of recent findings within implicit learning  paradigms. According to them, participants who have implicitly learned a solution to a problem, may  still perform the task at chance (Norman, Price, Duff, & Mentzoni, 2007, Price, & Norman, 2008).  Thus, even if participants have implicitly learned (regardless of decision modes and confidence levels)  that diagonal movements were more dangerous than vertical/horizontal ones, this learning could have  not been reflected in the percentage of attacks. Perhaps, analysing the average of points in the beginning  (bloks 1/2/3) and in the end of the task (blocks 4/5/6) would allows us to make more accurate inferences  about learning by negative feedback.    Electrophysiological effects of negative feedback   We observed a feedback­related negativity (FRN) component, as well as an increase in  theta­band oscillations in mid­frontal areas for both decision modes and confidence levels following a  negative feedback. We also observed an increase in theta­band synchronization between mid­frontal  electrodes and other channels, namely in the motor areas (C3/C4) and occipital areas (Oz). Interestingly,  although we did not observed a significant difference in theta synchronization between different pairs of  channels, synchronization between mid­frontal areas (FCz) and motor related electrodes ipsilateral to  the hand tracking (C4) appeared to be somehow suppressed in comparison to synchronization between  the other pairs of channels, ­ between FCz and C3 (contralateral motor area), and between FCz and Oz ­  especially when analysing decision modes. Altogether, these results are in line with studies investigating  neural mechanisms in response to feedback. Previous work in this field has shown a frontocentral  voltage deflection in the ERP following the presentation of negatively valenced feedback around  250­300 ms (Luu et al., 2003, Nieuwenhuis, Holroyd, Mol, & Coles, 2004). Growing literature has also  identified frontal midline theta oscillations (4­8 Hz) in the generation of those ERPs during conflict and  error response (Cavanagh et al., 2012, Cohen, et al., 2007, Cohen, Elger, & Fell, 2009). And, although  scarce, most of studies addressing inter­site synchronization have also suggested mid­frontal brain areas  to communicate with sensorimotor areas in theta frequency range in response to negative feedback 

(19)

(Cavanagh, Cohen, & Allen, 2009, van de Vijver et al., 2011). A large body of research has particularly  proposed mid­frontal areas to communicate with contralateral sensorimotor areas (C3/C5) not with  ipsilateral sensorimotor areas (Luft, 2014), and this may perhaps explain why we observed a kind of  suppression in synchronization between FCz and C4 (ipsilateral motor area).  Our results are also in line with the interventionist models as different decision modes and  confidence levels shared similar topographic distributions, namely the mid­frontal topographic  distribution of FRN and theta­band oscillations/synchronization, as the literature of typical feedback  also suggests. In addition, intuitive/rational decisions, and low/high levels of confidence shared  relatively the same amounts of TFR. This result refutes our hypothesis that rational decisions would  elicit stronger theta power than intuitive decisions ­ although different decision modes were expected to  rely on the same basic mechanisms (in qualitative terms), rational decisions were still expected to  require additional amounts of brain activity (in quantitative terms). Interestingly, intuitive/rational  decisions, and low/high levels of confidence shared different amounts of ERPs, with intuitive and high  levels of confidence eliciting higher FRN. This difference was more significant when analysing  confidence levels, and appeared to be particularly prominent around the time­window 250­350 ms  following an attack.  Although we were not initially interested in analysing delta­band, we decided to do so, because  delta­band has also been associated with  prediction error (Bernat, Nelson, Holroyd, Gehring, & Patrick,  2008), and because visual inspection of TFR plots showed predominant power in this range in the  mid­frontal area. Similarly to the results obtained at theta­band oscillations, we observed an increase in  delta­band oscillations/synchronization towards mid­frontal areas for both decision modes and  confidence levels following a negative feedback. In case of delta­band, we actually found a significant  difference in synchronization between different pairs of channels (see above), with higher  synchronization occurring between mid­frontal and contralateral motor areas (C3) compared to  ipsilateral motor areas (C4). Altogether, these findings support the literature which has suggested a role  of delta­band in feedback processing. While theta has only been associated with negative outcome  valence, delta has been associated with a variety of stimulus attributes, including outcome valence  (mostly positive valence), outcome magnitude (large or small), and outcome probability (unlikely or  likely) (Bernat et al., 2008). Although we only have analysed negative feedback which is supposed to 

(20)

elicit theta­band, delta activity could be well explained by the secondary feedback processes, such as  outcome magnitude and probability, that are part of our implicit learning task.   The results regarding delta­band are also in line with the interventionist models. In this  frequency range, different decision modes and confidence levels not only shared similar topographic  distributions, but also relatively the same amounts TFR and synchronization.    Limitations  The fact that we did not observe significant differences in amounts of TFR and synchronization  for intuitive/rational decisions and low/high levels of confidence at both theta and delta bands should be  interpreted with caution. A small sample size and reduced number of minimum trials stipulated per  condition (20 trials) could have well justified the statistical insufficient power that we obtained (for  more details, see Material and Methods). The reduced minimum number of trials was also quite  problematic for a suitable choice of statistical tests (for details, see Material and Methods). The fact that  we had to use, on the one hand, a within subject design to look at differences between intuitive and  rational decisions, as well as between low and high levels of confidence, and on the other hand, a  between subjects design to look at the interactions between decision modes and confidence levels,  gravely limited our possibilities on finding out how confidence and decision mode are related to each  other ­ concerning the third main question of our study. The reduced number of trials also limited our  possibilities on finding out how learning by negative feedback evolve over time and vary neurally  depending on decisions made intuitively/rationally, or on low/high levels of confidence ­ concerning the  second main question of our study. We planned to analyse this by splitting the six blocks into two time  bins like we did for the behavioral analysis (for more details, see Results). This would allow us to see if  the FRN, theta power and theta synchronization would be stronger in the last blocks compared to the  first blocks. Unfortunately, we were not able to further test those hypotheses.  Despite all the methodological limitations, we consider this study to convey important evidence  in favor of interventionist models. This evidence can serve as an incentive for future researchers to end  up the disagreement on which cognitive and neural mechanisms underlie different decision modes and  metacognitive judgments. Future studies using more robust methodologies are still needed, however. To  successfully overcome the methodological limitations faced in our study, we suggest future studies to 

(21)

recruit more participants. Changing the task in a way that attacks would be more frequent is also a  possibility. This could be done, for example, by changing the probabilities which are associated with  danger. Another suggestion is repeating the task with one or two extra sessions. Altogether, these  additional precautions would ensure a higher number of total trials, and consequently, an increase of  the threshold would be possible. Thereafter, a within subjects analysis could be carried out, and more  accurate interpretations would be possible.                                                                       

(22)

References  Bernat, E. M., Nelson, L. D., Holroyd, C. B., Gehring, W. J., & Patrick, C. J. (2008, August). Separating  cognitive processes with principal components analysis of EEG time­frequency distributions. In Optical  Engineering+ Applications (pp. 70740S­70740S). International Society for Optics and Photonics.    Cavanagh, J. F., Cohen, M. X., & Allen, J. J. (2009). Prelude to and resolution of an error: EEG phase  synchrony reveals cognitive control dynamics during action monitoring. The Journal of Neuroscience,  29(1), 98­105.    Cavanagh, J. F., Frank, M. J., Klein, T. J., & Allen, J. J. (2010). Frontal theta links prediction errors to  behavioral adaptation in reinforcement learning.Neuroimage, 49(4), 3198­3209.    Cavanagh, J. F., Zambrano‐Vazquez, L., & Allen, J. J. (2012). Theta lingua franca: A common  mid‐frontal substrate for action monitoring processes.Psychophysiology, 49(2), 220­238.    Cohen, M. X., Elger, C. E., & Fell, J. (2009). Oscillatory activity and phase–amplitude coupling in the  human medial frontal cortex during decision making.Journal of Cognitive Neuroscience, 21(2),  390­402.    Cohen, M. X., Elger, C. E., & Ranganath, C. (2007). Reward expectation modulates feedback­related  negativity and EEG spectra. Neuroimage, 35(2), 968­978.    Cohen, M. X., & Ranganath, C. (2007). Reinforcement learning signals predict future decisions. The  Journal of neuroscience, 27(2), 371­378.    Cohen, M. X., Wilmes, K. A., & van de Vijver, I. (2011). Cortical electrophysiological network  dynamics of feedback learning. Trends in cognitive sciences, 15(12), 558­566.    Dehaene, S., & Changeux, J. P. (2011). Experimental and theoretical approaches to conscious  processing. Neuron, 70(2), 200­227.    Delorme, A., & Makeig, S. (2004). EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single­trial EEG  dynamics including independent component analysis. Journal of neuroscience methods, 134(1), 9­21.    Evans, J. S. B. (2008). Dual­processing accounts of reasoning, judgment, and social cognition. Annu.  Rev. Psychol., 59, 255­278.    Gaillard, R., Dehaene, S., Adam, C., Clémenceau, S., Hasboun, D., Baulac, M., ... & Naccache, L.  (2009). Converging intracranial markers of conscious access.PLoS biology, 7(3), e1000061.    Glöckner, A., & Witteman, C. (2010). Beyond dual­process models: A categorisation of processes  underlying intuitive judgement and decision making.Thinking & Reasoning, 16(1), 1­25.    Horstmann, N., Ahlgrimm, A., & Glöckner, A. (2009). How distinct are intuition and deliberation? An  eye­tracking analysis of instruction­induced decision modes (No. 2009, 10). Preprints of the Max 

(23)

Planck Institute for Research on Collective Goods.    Koriat, A. (2000). The feeling of knowing: Some metatheoretical implications for consciousness and  control. Consciousness and cognition, 9(2), 149­171.    Luft, C. D. B. (2014). Learning from feedback: The neural mechanisms of feedback processing  facilitating better performance. Behavioural brain research,261, 356­368.    Luft, C. D. B., Nolte, G., & Bhattacharya, J. (2013). High­learners present larger mid­frontal theta  power and connectivity in response to incorrect performance feedback. The Journal of neuroscience,  33(5), 2029­2038.    Luu, P., Tucker, D. M., Derryberry, D., Reed, M., & Poulsen, C. (2003). Electrophysiological responses  to errors and feedback in the process of action regulation. Psychological Science, 14(1), 47­53.    Miller, J., & Schwarz, W. (2014). Brain signals do not demonstrate unconscious decision making: an  interpretation based on graded conscious awareness.Consciousness and cognition, 24, 12­21.    Nieuwenhuis, S., Holroyd, C. B., Mol, N., & Coles, M. G. (2004). Reinforcement­related brain  potentials from medial frontal cortex: origins and functional significance. Neuroscience &  Biobehavioral Reviews, 28(4), 441­448.    Norman, E., Price, M. C., Duff, S. C., & Mentzoni, R. A. (2007). Gradations of awareness in a modified  sequence learning task. Consciousness and Cognition,16(4), 809­837.    Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., & Schoffelen, J. M. (2010). FieldTrip: open source software for  advanced analysis of MEG, EEG, and invasive electrophysiological data. Computational intelligence  and neuroscience, 2011.    Philiastides, M. G., Biele, G., Vavatzanidis, N., Kazzer, P., & Heekeren, H. R. (2010). Temporal  dynamics of prediction error processing during reward­based decision making. Neuroimage, 53(1),  221­232.    Price, M. C., & Norman, E. (2008). Intuitive decisions on the fringes of consciousness: Are they  conscious and does it matter. Judgment and Decision Making, 3(1), 28­41.    Thompson, V. A., Prowse Turner, J. A., & Pennycook, G. (2011). Intuition, reason, and metacognition.  Cognitive psychology, 63(3), 107­140.    van de Vijver, I., Ridderinkhof, K. R., & Cohen, M. X. (2011). Frontal oscillatory dynamics predict  feedback learning and action adjustment. Journal of cognitive neuroscience, 23(12), 4106­4121.    Yeung, N., & Summerfield, C. (2014). Shared Mechanisms for Confidence Judgements and Error  Detection in Human Decision Making. In The Cognitive Neuroscience of Metacognition (pp. 147­167).  Springer Berlin Heidelberg. 

Referenties

GERELATEERDE DOCUMENTEN

To help improve the levels of community integration of persons with disabilities after discharge from in-patient rehabilitation at WCRC, rehabilitation personnel should adapt

From these experiments two misoriented (001) sub- etching experiments performed in the same manner strates with the misorientation vector in either the as for the (001) plane it

Chemical composition distribution of styrene-ethyl methacrylate copolymers studied by means of t.l.c./f.i.d.: effect of high conversion in various polymerization

‘Wat ga ik doen, hoe zal ik te werk gaan, wat komt eerst, wat moet ik juist niet doen?’ In je werk maak je voortdurend keuzes.. Meestal maak je die zelf want je kunt niet

In exploratory analyses it was found that the personality trait impulsiveness moderated the effects of power on some dependent variables: impulsiveness had

To study the role of the hospitalist during innovation projects, I will use a multiple case study on three innovation projects initiated by different hospitalists in training

We predicted that when gender counter- stereotypes are salient, women’s identification should associate with greater leadership aspiration regardless of feminism, while when

Niet alleen van Theo, die zich pas tot een antiracistisch protest laat verleiden nadat hij daarvoor oneigenlijke motieven heeft gekregen en die in zijn erotische escapades met