決策的神經(jīng)機(jī)制與衰老

龔 亮(綜述)，李 秀(審校)

(云南省玉溪市人民醫(yī)院 1神經(jīng)內(nèi)科， 2腫瘤科，云南 玉溪 653100)

決策是指在全面衡量供選方案的基礎(chǔ)上做出最優(yōu)選擇的過程[1]。探討決策的神經(jīng)機(jī)制的科學(xué)被稱為神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)，神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)是應(yīng)用神經(jīng)科學(xué)的研究方法，如功能性核磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)、事件相關(guān)電位(event-related brain potential，ERP)、神經(jīng)心理學(xué)等來(lái)分析和解釋人類相關(guān)的經(jīng)濟(jì)決策行為，并進(jìn)一步闡明決策的神經(jīng)機(jī)制的新興學(xué)科[2]。神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)通過現(xiàn)實(shí)任務(wù)來(lái)研究經(jīng)濟(jì)決策以及基于結(jié)果的決策學(xué)習(xí)的認(rèn)知神經(jīng)過程，包括決策加工的個(gè)體差異、影響決策的社會(huì)及情感因素。在決策的神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究中一個(gè)重要的方面就是：衰老是否會(huì)影響決策，如何影響？[3]該文主要介紹一種決策的神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，并對(duì)衰老與決策的神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 決策模型及相關(guān)腦區(qū)

目前應(yīng)用較多的一種決策模型是主觀期望效用模型[4]，在該模型中，定義效用為每一個(gè)出現(xiàn)該結(jié)果的概率及該結(jié)果的價(jià)值乘積和，即期待效用=Σp(Xi)μ(Xi)，在這里p是概率，μ是可能結(jié)果的價(jià)值。舉例來(lái)說(shuō)，你準(zhǔn)備去上班，你看了看外面考慮是否會(huì)下雨，帶傘或不帶，每一種決定都可能有兩種結(jié)果?？梢钥闯霰辉噷?duì)帶傘下雨的結(jié)果賦值最高(因?yàn)楦杏X會(huì)很慶幸)，對(duì)不帶傘下雨期望值最低(要遭淋雨)，最終該被試帶傘的總的主觀期望效益更高，很可能選擇帶傘。雖然該例子很簡(jiǎn)化，但從該模型中可以看出在決策時(shí)的兩個(gè)參數(shù)及一個(gè)結(jié)局變量，影響決策的兩個(gè)參數(shù)是概率及價(jià)值。決策是人類的高級(jí)認(rèn)知功能，需要多腦區(qū)共同參與。研究提示,內(nèi)側(cè)前額葉(medial prefrontal cortex，MPFC)、背外側(cè)前額葉、眶額葉、杏仁核、紋狀體、島葉、扣帶回、顳上溝等腦區(qū)與決策過程密切相關(guān)。MPFC、背側(cè)紋狀體、旁扣帶回前部及顳上溝后部(posterior sulcus temporalis superior，pSTS)均被發(fā)現(xiàn)可能與主觀期望效應(yīng)模型中的概率參數(shù)有關(guān)；而眶額葉、腹側(cè)紋狀體、島葉、扣帶回可能更顯著地與價(jià)值參數(shù)相關(guān)[5]。

1.1與概率相關(guān)的腦區(qū) 目前的研究表明，在決策中的概率參數(shù)可能與MPFC、背側(cè)紋狀體、前扣帶回、pSTS等腦區(qū)相關(guān)。Knutson等[6]的fMRI研究發(fā)現(xiàn)，MPFC區(qū)的激活與預(yù)期收益的概率相關(guān)。背側(cè)紋狀體，特別是尾狀核與計(jì)算收益偏差(預(yù)計(jì)收益與實(shí)際所得的偏差)有廣泛的聯(lián)系。背側(cè)紋狀體參與的收益預(yù)計(jì)偏差計(jì)算，在“收益-行動(dòng)”中扮演關(guān)鍵角色，構(gòu)成“行為-應(yīng)急學(xué)習(xí)”的基礎(chǔ)，在需要做出行動(dòng)的決策、特別是行為的選擇時(shí)與啟動(dòng)時(shí)，背內(nèi)紋狀體顯著激活[7]。目前沒有研究表明腹側(cè)紋狀體參與決策概率的加工。在囚徒困境游戲中，參與者要估計(jì)自己的同伴招供的概率。在積極的收益預(yù)期(兩人的利他主義所致)，與紋狀體去獎(jiǎng)賞環(huán)路激活的增加有關(guān)，而在負(fù)性的預(yù)期收益(由不利他的行為所致)，與該區(qū)域的激活降低相關(guān)，表明紋狀體獎(jiǎng)賞環(huán)路參與了決策概率運(yùn)算的加工[8]。理解他人內(nèi)在動(dòng)機(jī)的能力(常被稱為擁有“心理理論”)與評(píng)估結(jié)局的概率間接有關(guān)。畢竟，推測(cè)及判斷他人精神狀態(tài)的能力在涉及社會(huì)交往的決策中十分重要。對(duì)參與心理理論相關(guān)腦區(qū)的研究已有很多，最重要的腦區(qū)是APCC及顳上溝后部pSTS[9]。例如，在信任者游戲中，在受托人進(jìn)行判定后做出信任的決定，結(jié)果對(duì)雙方均有利時(shí)，其APCC激活[3]。

1.2與價(jià)值相關(guān)的腦區(qū) 與價(jià)值最主要相關(guān)的腦區(qū)是腹側(cè)紋狀體及眶額葉。長(zhǎng)期以來(lái)，眶額葉已被多次證明參與了獎(jiǎng)賞幅度的加工[10]。紋狀體多巴胺系統(tǒng)(包括尾狀核、殼核、伏核以及多巴胺映射到的其他部位黑質(zhì)及腹側(cè)被蓋部)亦參與獎(jiǎng)賞幅度的加工，在基于獎(jiǎng)賞的決策中起至關(guān)重要的作用[11]。特別是腹側(cè)紋狀體(主要是伏核)參與了獎(jiǎng)賞幅度的編碼，在動(dòng)物單細(xì)胞記錄及fMRI研究中均已得到證實(shí)[9,11]。對(duì)任務(wù)周期的計(jì)算主要由腹內(nèi)側(cè)眶額葉及腹側(cè)紋狀體參與，在基于獎(jiǎng)賞的反饋學(xué)習(xí)中起關(guān)鍵作用，根據(jù)反饋的結(jié)果被試考慮是否需要調(diào)整對(duì)某一特定刺激結(jié)果的預(yù)期收益[12]。盡管情緒推理在早期的經(jīng)濟(jì)決策理論中并未包含，但隨著神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)的出現(xiàn)，情緒推理在經(jīng)濟(jì)決策中扮演重要角色。情緒可能與對(duì)獎(jiǎng)賞結(jié)局的評(píng)價(jià)有關(guān)。公正及規(guī)范在調(diào)節(jié)社會(huì)關(guān)系中起重要作用，在一個(gè)決策的背景中，缺乏互惠可能導(dǎo)致負(fù)性情緒。一系列的腦區(qū)與情緒調(diào)節(jié)有關(guān)，眶額葉、扣帶回、杏仁核及島葉均在其中[13]。腹內(nèi)側(cè)眶額葉在對(duì)所選擇的結(jié)局進(jìn)行情感評(píng)估中起重要作用[14]。島葉的前部被認(rèn)為參與編碼社會(huì)互惠，即在厭惡或受到他人的不公時(shí)會(huì)激活，同時(shí)該部分表征效益的社會(huì)價(jià)值，鼓勵(lì)或不鼓勵(lì)信任和積極的反應(yīng)。島葉前部在最后通牒游戲中遭受不公平的分錢方式時(shí)激活更明顯，提示島葉前部激活將不愉快的交往貼上厭惡的標(biāo)簽，并在以后避免與某些人交往[15]。

1.3神經(jīng)遞質(zhì)與決策 與決策密切相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)主要有多巴胺及5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)。背側(cè)紋狀體多巴胺映射在估計(jì)何種行為將會(huì)正確獲得獎(jiǎng)賞的概率上起著重要作用，而腹側(cè)紋狀體多巴胺映射對(duì)與價(jià)值參數(shù)有關(guān)的反饋學(xué)習(xí)起作用。多數(shù)報(bào)道顯示，多巴胺受體的下降在整個(gè)紋狀體均發(fā)生，同時(shí)額葉也存在多巴胺的下降，影響決策參數(shù)。而5-HT系統(tǒng)將控制相應(yīng)的多巴胺釋放到紋狀體，由此對(duì)獎(jiǎng)賞的預(yù)期偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，提示5-HT系統(tǒng)的功能與概率參數(shù)有關(guān)[16]。

2 衰老與決策

2.1衰老后與決策相關(guān)腦區(qū)改變 衰老常常伴有神經(jīng)認(rèn)知結(jié)構(gòu)及功能的改變，這些改變常會(huì)影響老年人日常生活中相應(yīng)的決策。隨著人口老齡化社會(huì)的到來(lái)，老年人的經(jīng)濟(jì)決策將會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生更多的影響。因此，研究老年人如何做出經(jīng)濟(jì)決策有重要的意義。老年人做出決策及決策后學(xué)習(xí)是否與年輕人一樣？通常認(rèn)為老年人在做出決策時(shí)較年輕人更保守，但科學(xué)研究表明該說(shuō)法無(wú)依據(jù)及不合理[17]。衰老對(duì)不同腦區(qū)產(chǎn)生的影響并不一致。島葉是一個(gè)特別容易受年齡老化影響的腦區(qū)，Allen等[18]報(bào)道，隨著年齡增長(zhǎng)，島葉的灰質(zhì)容量呈直線下降?？纛~葉功能亦容易受到年齡相關(guān)退化的影響，但該區(qū)域的神經(jīng)元總數(shù)減少并不明顯。前扣帶回的多巴胺受體亦存在年齡相關(guān)性減少，將導(dǎo)致老年人認(rèn)知能力的下降。研究還表明，扣帶回、顳上溝、背側(cè)或腹側(cè)紋狀體區(qū)的灰質(zhì)容量也被證明存在年齡相關(guān)性減少[19]。

紋狀體區(qū)被認(rèn)為與經(jīng)濟(jì)決策相關(guān)，紋狀體含有豐富的多巴胺及5-HT受體。研究表明，多巴胺受體的數(shù)量隨著年齡的增加呈下降趨勢(shì)，5-HT結(jié)合位點(diǎn)密度隨年齡增長(zhǎng)亦明顯下降。這都將導(dǎo)致老年人認(rèn)知能力的衰退[20]。由于很多腦區(qū)隨年齡增加功能下降，可以推測(cè)老年人在正確評(píng)估概率及價(jià)值時(shí)存在一定的問題，老年人可能在決策策略的制訂上不是最優(yōu)的。而且決策后反饋學(xué)習(xí)的能力存在下降，多巴胺及5-HT系統(tǒng)受年齡的影響最大。年齡相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)下降很可能對(duì)評(píng)估決策的概率及價(jià)值產(chǎn)生影響。因此，這些系統(tǒng)的退化將導(dǎo)致做出的決策低于最佳。

2.2決策中概率參數(shù)與衰老 保守主義是決策的一項(xiàng)重要因素，與獎(jiǎng)賞的概率參數(shù)間接相關(guān)。在大眾看來(lái)，老年人相對(duì)來(lái)說(shuō)更傾向于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)：他們?yōu)楂@得較小的風(fēng)險(xiǎn)而傾向于選擇安全選項(xiàng)，但此觀點(diǎn)并未證實(shí)。研究表明，老年人并不比年輕人做更多的保守決定[21]。許多研究已對(duì)基于獎(jiǎng)賞的預(yù)測(cè)誤差概率學(xué)習(xí)與年齡的關(guān)系進(jìn)行了研究。通常，老年人被試需要更多的嘗試來(lái)獲得判斷標(biāo)準(zhǔn)[22]。目前研究已證明，在“新刺激-行動(dòng)-獎(jiǎng)賞”過程的習(xí)得上，存在年齡相關(guān)損害，而這種能力的損害與背側(cè)紋狀體多巴胺能的下降明確相關(guān)[23]。與年齡相關(guān)的結(jié)構(gòu)性多巴胺基線水平下降致使支持激勵(lì)學(xué)習(xí)的多巴胺釋放不足，而多巴胺下降可通過更進(jìn)一步從多巴胺能通路耗竭突觸后受體而增強(qiáng)躲避性學(xué)習(xí)[24]。因而，與通常為激勵(lì)性學(xué)習(xí)的年輕成人相比，老年人傾向?yàn)槎惚苄詫W(xué)習(xí)，在紋狀體多巴胺缺乏的帕金森病患者，同樣顯示激勵(lì)性學(xué)習(xí)不足而躲避性學(xué)習(xí)增加。

Kovalchik等[25]發(fā)現(xiàn)，年輕人與老年人均能學(xué)得優(yōu)勢(shì)選擇，且獲得優(yōu)勢(shì)選擇的時(shí)間無(wú)明顯差異，認(rèn)為老年人和年輕人有相同的經(jīng)濟(jì)決策能力，只是分別采用不同的策略。另外，年齡相關(guān)的持續(xù)性錯(cuò)誤常報(bào)道：老年人不是選擇最優(yōu)的那堆牌，很多時(shí)候老年人選擇同樣的一堆牌[26]，表明衰老可能會(huì)影響對(duì)概率的判斷。Brown等[5]認(rèn)為，對(duì)在任務(wù)中要計(jì)算積極結(jié)果的概率或評(píng)估他人行為的信任試驗(yàn)及其他任務(wù)的行為學(xué)研究中，概率決策與APCC及pSTS區(qū)域的激活相關(guān)，在評(píng)估他人策略后以活動(dòng)利益最大化進(jìn)行決策時(shí)無(wú)明顯的年齡效應(yīng)。

2.3決策中價(jià)值參數(shù)與衰老 在主觀期望效用模型中，眶額葉、腹側(cè)紋狀體、島葉、扣帶回等腦區(qū)與價(jià)值參數(shù)密切相關(guān)。來(lái)自行為學(xué)及神經(jīng)影像學(xué)的研究揭示了與老年相關(guān)的這些腦區(qū)與經(jīng)濟(jì)決策的關(guān)系。Cox等[27]的fMRI研究表明，在猜牌任務(wù)中，紋狀體信號(hào)在年輕與老年參與者無(wú)差異。在受到獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰時(shí)腹側(cè)尾狀核均有激活，但激活的幅度及范圍在年老組稍減少。在另一項(xiàng)fMRI研究中，老年組在試驗(yàn)時(shí)有更多的錯(cuò)誤并反應(yīng)更慢。在獎(jiǎng)賞預(yù)期時(shí)，年輕組顯示出島葉、扣帶回及腹側(cè)紋狀體的激活，在獲得獎(jiǎng)賞的同時(shí)，腹側(cè)紋狀體激活消失。而在老年組情況相反，腹側(cè)紋狀體在獎(jiǎng)賞預(yù)期時(shí)并未激活，直到實(shí)在的獎(jiǎng)賞給予后才激活[28]。Samanez-Larkin等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，年輕組與老年組在獎(jiǎng)賞預(yù)期時(shí)島葉前部及腹側(cè)紋狀體均激活，而在損失預(yù)期時(shí)，年輕組島葉前部仍激活，而老年組沒有激活?？傊?，這些研究表明，老年人的腹側(cè)紋狀體足夠表征獎(jiǎng)賞的價(jià)值，但是需要更多的激活來(lái)表征這些預(yù)期的獎(jiǎng)賞。價(jià)值參數(shù)存在輕微的年齡相關(guān)性損害。而島葉與扣帶回不存在此種年齡差異。還有研究表明，老年人在反饋學(xué)習(xí)時(shí)存在問題，可能與眶額葉及腹側(cè)紋狀體功能衰退相關(guān)[30]。

3 小 結(jié)

決策是人類的高級(jí)認(rèn)知功能，目前的決策神經(jīng)機(jī)制的研究是神經(jīng)科學(xué)、行為醫(yī)學(xué)及心理學(xué)研究的熱點(diǎn)，研究表明包括額葉、扣帶回、杏仁核等多個(gè)腦區(qū)均參與了決策的加工。多巴胺及5-HT被認(rèn)為在決策中起重要作用。神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究結(jié)果表明，衰老伴隨著多個(gè)決策相關(guān)腦區(qū)的衰退，并可能伴隨著部分決策能力的損害，其中背側(cè)紋狀體、腹側(cè)紋狀體、前額葉等腦區(qū)的衰退與老年人的概率及價(jià)值的決策能力下降有關(guān)。在現(xiàn)實(shí)生活中，老年人可能常通過社會(huì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)一般決策進(jìn)行補(bǔ)償，而是否有其他腦區(qū)參與補(bǔ)償尚不明確，需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。

[1] Sanfey AG.Social decision-making:insights from game theory and neuroscience[J].Science,2007,318(5850):598-602.

[2] Loewenstein G,Rick S,Cohen JD.Neuroeconomics[J].Annu Rev Psychol,2008,59(1)：647-672.

[3] Krueger F,Mccabe K,Moll J,etal.Neural correlates of trust[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2007,104(50):20084-20089.

[4] Sanfey AG,Loewenstein G,Mcclure SM,etal.Neuroeconomics:cross-currents in research on decision-making[J].Trends Cogn Sci,2006,10(3):108-116.

[5] Brown SB,Ridderinkhof KR.Aging and the neuroeconomics of decision making:a review[J].Cogn Affect Behav Neurosci,2009,9(4):365-379.

[6] Knutson B,Taylor J,Kaufman M,etal.Distributed neural representation of expected value[J].J Neurosci,2005,25(19):4806-4812.

[7] Balleine BW,Delgado MR,Hikosaka O.The role of the dorsal striatum in reward and decision-making[J].J Neurosci,2007,27(31):8161-8165.

[8] King-Casas B,Tomlin D,Anen C,etal.Getting to know you:reputation and trust in a two-person economic exchange[J].Science,2005,308(5718):78-83.

[9] Bickel WK,Jarmolowicz DP,Mueller ET,etal.The behavioral economics and neuroeconomics of reinforcer pathologies:implications for etiology and treatment of addiction[J].Curr Psychiatry Rep,2011,13(5):406-415.

[10] Wallis JD.Cross-species studies of orbitofrontal cortex and value-based decision-making[J].Nat Neurosci,2012,2956(15):13-19.

[11] Penner MR,Mizumori SJ.Neural systems analysis of decision making during goal-directed navigation[J].Prog Neurobiol,2012,96(1):96-135.

[12] Cools R,Clark L,Owen AM,etal.Defining the neural mechanisms of probabilistic reversal learning using event-related functional magnetic resonance imaging[J].J Neurosci,2002,22(11):4563-4567.

[13] Van Winden F,Stallen M,Ridderinkhof KR.On the nature,modeling,and neural bases of social ties[J].Adv Health Econ Health Serv Res,2008(20):125-159.

[14] Bechara A,Damasio AR.The somatic marker hypothesis:a neural theory of economic decision[J].Games Economic Behavior,2005,52(2):336-372.

[15] Montague PR,Lohrenz T.To detect and correct:norm violations and their enforcement[J].Neuron,2007,56(1):14-18.

[16] Rilling JK,Sanfey AG.The neuroscience of social decision-making[J].Annu Rev Psychol,2011,62(1):23-48.

[17] Mather M.A Review of decision-making processes:weighing the risks and benefits of aging[M]//Laura L.When I′m 64.Washington(DC):National Academies Press(US),2006:145.

[18] Allen JS,Bruss J,Brown CK,etal.Methods for studying the aging brain:volumetric analyses versus VBM[J].Neurobiol Aging,2005,26(9):1275-1278.

[19] Resnick SM,Lamar M,Driscoll I.Vulnerability of the orbitofrontal cortex to age-associated structural and functional brain changes[J].Ann N Y Acad Sci,2007(1121):562-575.

[20] Backman L,Nyberg L,Lindenberger U,etal.The correlative triad among aging,dopamine,and cognition:current status and future prospects[J].Neurosci Biobehav Rev,2006,30(6):791-807.

[21] Lee TM,Leung AW,Fox PT,etal.Age-related differences in neural activities during risk taking as revealed by functional MRI[J].Soc Cogn Affect Neurosci,2008,3(1):7-15.

[22] Schmitt-Eliassen J,Ferstl R,Wiesner C,etal.Feedback-based versus observational classification learning in healthy aging and Parkinson′s disease[J].Brain Res,2007 (1142):178-188.

[23] Mell T,Wartenburger I,Marschner A,etal.Altered function of ventral striatum during reward-based decision making in old age[J].Front Hum Neurosci,2009,3(10):34.

[24] Frank MJ,Kong L.Learning to avoid in older age[J].Psychol Aging,2008,23(2):392-398.

[25] Kovalchik S,Camerer CF,Grether DM,etal.Aging and decision making:a comparison between neurologically healthy elderly and young individuals[J].J Econ Behav Organ,2005,58(1):79-94.

[26] Isella V,Mapelli C,Morielli N,etal.Age-related quantitative and qualitative changes in decision making ability[J].Behav Neurol,2008,19(1/2):59-63.

[27] Cox KM,Aizenstein HJ,Fiez JA.Striatal outcome processing in healthy aging[J].Cogn Affect Behav Neurosci,2008,8(3):304-317.

[28] Schott BH,Niehaus L,Wittmann BC,etal.Ageing and early-stage Parkinson′s disease affect separable neural mechanisms of mesolimbic reward processing[J].Brain,2007,130(Pt 9):2412-2424.

[29] Samanez-Larkin GR,Gibbs SE,Khanna K,etal.Anticipation of monetary gain but not loss in healthy older adults[J].Nat Neurosci Nat Neurosci，2007，10(6):787-791.

[30] Weiler JA,Bellebaum C,Daum I.Aging affects acquisition and reversal of reward-based associative learning[J].Learn Mem,2008,15(4):190-197.