決策的神經機制與衰老

龔 亮(綜述)，李 秀(審校)

(云南省玉溪市人民醫院 1神經內科， 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上做出最優選擇的過程[1]。探討決策的神經機制的科學被稱為神經經濟學，神經經濟學是應用神經科學的研究方法，如功能性核磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)、事件相關電位(event-related brain potential，ERP)、神經心理學等來分析和解釋人類相關的經濟決策行為，并進一步闡明決策的神經機制的新興學科[2]。神經經濟學通過現實任務來研究經濟決策以及基于結果的決策學習的認知神經過程，包括決策加工的個體差異、影響決策的社會及情感因素。在決策的神經經濟學研究中一個重要的方面就是：衰老是否會影響決策，如何影響？[3]該文主要介紹一種決策的神經經濟學模型，并對衰老與決策的神經經濟學關系進行綜述。

1 決策模型及相關腦區

目前應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，定義效用為每一個出現該結果的概率及該結果的價值乘積和，即期待效用=Σp(Xi)μ(Xi)，在這里p是概率，μ是可能結果的價值。舉例來說，你準備去上班，你看了看外面考慮是否會下雨，帶傘或不帶，每一種決定都可能有兩種結果。可以看出被試對帶傘下雨的結果賦值最高(因為感覺會很慶幸)，對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。雖然該例子很簡化，但從該模型中可以看出在決策時的兩個參數及一個結局變量，影響決策的兩個參數是概率及價值。決策是人類的高級認知功能，需要多腦區共同參與。研究提示,內側前額葉(medial prefrontal cortex，MPFC)、背外側前額葉、眶額葉、杏仁核、紋狀體、島葉、扣帶回、顳上溝等腦區與決策過程密切相關。MPFC、背側紋狀體、旁扣帶回前部及顳上溝后部(posterior sulcus temporalis superior，pSTS)均被發現可能與主觀期望效應模型中的概率參數有關；而眶額葉、腹側紋狀體、島葉、扣帶回可能更顯著地與價值參數相關[5]。

1.1與概率相關的腦區 目前的研究表明，在決策中的概率參數可能與MPFC、背側紋狀體、前扣帶回、pSTS等腦區相關。Knutson等[6]的fMRI研究發現，MPFC區的激活與預期收益的概率相關。背側紋狀體，特別是尾狀核與計算收益偏差(預計收益與實際所得的偏差)有廣泛的聯系。背側紋狀體參與的收益預計偏差計算，在“收益-行動”中扮演關鍵角色，構成“行為-應急學習”的基礎，在需要做出行動的決策、特別是行為的選擇時與啟動時，背內紋狀體顯著激活[7]。目前沒有研究表明腹側紋狀體參與決策概率的加工。在囚徒困境游戲中，參與者要估計自己的同伴招供的概率。在積極的收益預期(兩人的利他主義所致)，與紋狀體去獎賞環路激活的增加有關，而在負性的預期收益(由不利他的行為所致)，與該區域的激活降低相關，表明紋狀體獎賞環路參與了決策概率運算的加工[8]。理解他人內在動機的能力(常被稱為擁有“心理理論”)與評估結局的概率間接有關。畢竟，推測及判斷他人精神狀態的能力在涉及社會交往的決策中十分重要。對參與心理理論相關腦區的研究已有很多，最重要的腦區是APCC及顳上溝后部pSTS[9]。例如，在信任者游戲中，在受托人進行判定后做出信任的決定，結果對雙方均有利時，其APCC激活[3]。

1.2與價值相關的腦區 與價值最主要相關的腦區是腹側紋狀體及眶額葉。長期以來，眶額葉已被多次證明參與了獎賞幅度的加工[10]。紋狀體多巴胺系統(包括尾狀核、殼核、伏核以及多巴胺映射到的其他部位黑質及腹側被蓋部)亦參與獎賞幅度的加工，在基于獎賞的決策中起至關重要的作用[11]。特別是腹側紋狀體(主要是伏核)參與了獎賞幅度的編碼，在動物單細胞記錄及fMRI研究中均已得到證實[9,11]。對任務周期的計算主要由腹內側眶額葉及腹側紋狀體參與，在基于獎賞的反饋學習中起關鍵作用，根據反饋的結果被試考慮是否需要調整對某一特定刺激結果的預期收益[12]。盡管情緒推理在早期的經濟決策理論中并未包含，但隨著神經經濟學的出現，情緒推理在經濟決策中扮演重要角色。情緒可能與對獎賞結局的評價有關。公正及規范在調節社會關系中起重要作用，在一個決策的背景中，缺乏互惠可能導致負性情緒。一系列的腦區與情緒調節有關，眶額葉、扣帶回、杏仁核及島葉均在其中[13]。腹內側眶額葉在對所選擇的結局進行情感評估中起重要作用[14]。島葉的前部被認為參與編碼社會互惠，即在厭惡或受到他人的不公時會激活，同時該部分表征效益的社會價值，鼓勵或不鼓勵信任和積極的反應。島葉前部在最后通牒游戲中遭受不公平的分錢方式時激活更明顯，提示島葉前部激活將不愉快的交往貼上厭惡的標簽，并在以后避免與某些人交往[15]。

1.3神經遞質與決策 與決策密切相關的神經遞質主要有多巴胺及5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)。背側紋狀體多巴胺映射在估計何種行為將會正確獲得獎賞的概率上起著重要作用，而腹側紋狀體多巴胺映射對與價值參數有關的反饋學習起作用。多數報道顯示，多巴胺受體的下降在整個紋狀體均發生，同時額葉也存在多巴胺的下降，影響決策參數。而5-HT系統將控制相應的多巴胺釋放到紋狀體，由此對獎賞的預期偏差進行調節，提示5-HT系統的功能與概率參數有關[16]。

2 衰老與決策

2.1衰老后與決策相關腦區改變 衰老常常伴有神經認知結構及功能的改變，這些改變常會影響老年人日常生活中相應的決策。隨著人口老齡化社會的到來，老年人的經濟決策將會對社會經濟產生更多的影響。因此，研究老年人如何做出經濟決策有重要的意義。老年人做出決策及決策后學習是否與年輕人一樣？通常認為老年人在做出決策時較年輕人更保守，但科學研究表明該說法無依據及不合理[17]。衰老對不同腦區產生的影響并不一致。島葉是一個特別容易受年齡老化影響的腦區，Allen等[18]報道，隨著年齡增長，島葉的灰質容量呈直線下降?？纛~葉功能亦容易受到年齡相關退化的影響，但該區域的神經元總數減少并不明顯。前扣帶回的多巴胺受體亦存在年齡相關性減少，將導致老年人認知能力的下降。研究還表明，扣帶回、顳上溝、背側或腹側紋狀體區的灰質容量也被證明存在年齡相關性減少[19]。

紋狀體區被認為與經濟決策相關，紋狀體含有豐富的多巴胺及5-HT受體。研究表明，多巴胺受體的數量隨著年齡的增加呈下降趨勢，5-HT結合位點密度隨年齡增長亦明顯下降。這都將導致老年人認知能力的衰退[20]。由于很多腦區隨年齡增加功能下降，可以推測老年人在正確評估概率及價值時存在一定的問題，老年人可能在決策策略的制訂上不是最優的。而且決策后反饋學習的能力存在下降，多巴胺及5-HT系統受年齡的影響最大。年齡相關的神經遞質下降很可能對評估決策的概率及價值產生影響。因此，這些系統的退化將導致做出的決策低于最佳。

2.2決策中概率參數與衰老 保守主義是決策的一項重要因素，與獎賞的概率參數間接相關。在大眾看來，老年人相對來說更傾向于規避風險：他們為獲得較小的風險而傾向于選擇安全選項，但此觀點并未證實。研究表明，老年人并不比年輕人做更多的保守決定[21]。許多研究已對基于獎賞的預測誤差概率學習與年齡的關系進行了研究。通常，老年人被試需要更多的嘗試來獲得判斷標準[22]。目前研究已證明，在“新刺激-行動-獎賞”過程的習得上，存在年齡相關損害，而這種能力的損害與背側紋狀體多巴胺能的下降明確相關[23]。與年齡相關的結構性多巴胺基線水平下降致使支持激勵學習的多巴胺釋放不足，而多巴胺下降可通過更進一步從多巴胺能通路耗竭突觸后受體而增強躲避性學習[24]。因而，與通常為激勵性學習的年輕成人相比，老年人傾向為躲避性學習，在紋狀體多巴胺缺乏的帕金森病患者，同樣顯示激勵性學習不足而躲避性學習增加。

Kovalchik等[25]發現，年輕人與老年人均能學得優勢選擇，且獲得優勢選擇的時間無明顯差異，認為老年人和年輕人有相同的經濟決策能力，只是分別采用不同的策略。另外，年齡相關的持續性錯誤常報道：老年人不是選擇最優的那堆牌，很多時候老年人選擇同樣的一堆牌[26]，表明衰老可能會影響對概率的判斷。Brown等[5]認為，對在任務中要計算積極結果的概率或評估他人行為的信任試驗及其他任務的行為學研究中，概率決策與APCC及pSTS區域的激活相關，在評估他人策略后以活動利益最大化進行決策時無明顯的年齡效應。

2.3決策中價值參數與衰老 在主觀期望效用模型中，眶額葉、腹側紋狀體、島葉、扣帶回等腦區與價值參數密切相關。來自行為學及神經影像學的研究揭示了與老年相關的這些腦區與經濟決策的關系。Cox等[27]的fMRI研究表明，在猜牌任務中，紋狀體信號在年輕與老年參與者無差異。在受到獎勵和懲罰時腹側尾狀核均有激活，但激活的幅度及范圍在年老組稍減少。在另一項fMRI研究中，老年組在試驗時有更多的錯誤并反應更慢。在獎賞預期時，年輕組顯示出島葉、扣帶回及腹側紋狀體的激活，在獲得獎賞的同時，腹側紋狀體激活消失。而在老年組情況相反，腹側紋狀體在獎賞預期時并未激活，直到實在的獎賞給予后才激活[28]。Samanez-Larkin等[29]的研究發現，年輕組與老年組在獎賞預期時島葉前部及腹側紋狀體均激活，而在損失預期時，年輕組島葉前部仍激活，而老年組沒有激活?？傊@些研究表明，老年人的腹側紋狀體足夠表征獎賞的價值，但是需要更多的激活來表征這些預期的獎賞。價值參數存在輕微的年齡相關性損害。而島葉與扣帶回不存在此種年齡差異。還有研究表明，老年人在反饋學習時存在問題，可能與眶額葉及腹側紋狀體功能衰退相關[30]。

3 小 結

決策是人類的高級認知功能，目前的決策神經機制的研究是神經科學、行為醫學及心理學研究的熱點，研究表明包括額葉、扣帶回、杏仁核等多個腦區均參與了決策的加工。多巴胺及5-HT被認為在決策中起重要作用。神經經濟學研究結果表明，衰老伴隨著多個決策相關腦區的衰退，并可能伴隨著部分決策能力的損害，其中背側紋狀體、腹側紋狀體、前額葉等腦區的衰退與老年人的概率及價值的決策能力下降有關。在現實生活中，老年人可能常通過社會經驗對一般決策進行補償，而是否有其他腦區參與補償尚不明確，需要進一步的研究證實。

[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.