決策中的神經(jīng)科學(xué)

1、本科生課程論文本科生課程論文開(kāi)課院系：開(kāi)課院系：生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：曹洋曹洋姓姓名：名：劉忠和劉忠和學(xué)學(xué)號(hào)：號(hào)：1330105019613301050196學(xué)學(xué)院：院： 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院專(zhuān)專(zhuān)業(yè)業(yè)： 臨床醫(yī)學(xué)八年臨床醫(yī)學(xué)八年無(wú)決策中的神經(jīng)科學(xué)決策中的神經(jīng)科學(xué) 摘要摘要 決策學(xué)作為經(jīng)濟(jì)學(xué)熱點(diǎn)，其構(gòu)建的決策模型是決策者倚重的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)手段。但傳統(tǒng)行為層面的研究已不能進(jìn)一步縮小現(xiàn)有模型的誤差， 需要尋求新的方向進(jìn)行更深入的研究。而近年來(lái) fMRI、ERP 等神經(jīng)科學(xué)研究工具已使深入大腦內(nèi)部，研究個(gè)體決策行為背后的神經(jīng)機(jī)制成為可能，這有助于建立一個(gè)涵蓋生理學(xué)變量，更加準(zhǔn)確完善的

2、風(fēng)險(xiǎn)決策模型。本文便從應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)決策研究的神經(jīng)科學(xué)手段，新視角下的決策加工機(jī)制，決策神經(jīng)科學(xué)的意義與展望三個(gè)方面討論風(fēng)險(xiǎn)決策中的神經(jīng)科學(xué)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)決策；功能核磁共振；建模；神經(jīng)科學(xué)。 Abstract Science of Decision Making is an economic-focus. The decision model developedby it is an essential circumvention risk method. However, traditional research in act respectivelycannot reduce error

3、 anymore. So we have to explore a new way to do in-depth study. In recentyears, neuroscience research tools such as fMRI、ERP have made it possible to see deep insidethe brain and study neural mechanisms behind individual decision-making behavior. This willhelp to build a new decision making model wh

4、ich is more accurate, more complete and containsphysiological variables. This article will discuss the use of neuroscience in risky decision-makingfromthreeaspects:neurosciencemethodsusedinstudyingriskydecision-making,decision-making process mechanism under the new perspective and the significance a

5、ndprospect of decision neuroscience.Key words: Risky decision making; Neuroscience; Carry on the modelling; Functional magneticresonance imaging前言前言決策神經(jīng)科學(xué)是一門(mén)新興的學(xué)科，由包括斯坦福商學(xué)院 Baba Shiv 教授在內(nèi)的多名學(xué)者于2005 年提出。 該學(xué)科使用特定腦損傷病人研究,神經(jīng)成像與電生理技術(shù)等神經(jīng)科學(xué)的研究手段，研究個(gè)體在判斷、決策及社會(huì)與市場(chǎng)行為中的神經(jīng)基礎(chǔ), 如利用功能核磁共振對(duì)個(gè)體決策進(jìn)行腦區(qū)加工的空間定位,并利用穿顱磁刺激與

6、腦損傷病人研究來(lái)厘清大腦不同腦區(qū)加工的因果關(guān)系,從而明確行為決策的加工處理過(guò)程。 并由所的結(jié)論提出基于神經(jīng)機(jī)制的決策模型以便更好理解個(gè)體在現(xiàn)實(shí)生活中的決策行為。近幾年該學(xué)科有著良好的發(fā)展，利用關(guān)鍵詞“decision neuroscience”在 web of Science 引文數(shù)據(jù)庫(kù)搜索，發(fā)現(xiàn) 2005.12014.6決策神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域發(fā)表的 SCI/SSCI 文章 1610 篇,數(shù)量逐年遞增。作為非神經(jīng)科學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，盡管關(guān)心這一學(xué)科的成就與發(fā)展，但不具備研究發(fā)表新成果的能力，所以本文是在學(xué)習(xí)決策神經(jīng)科學(xué)理論及其研究手段原理的基礎(chǔ)上，分析其構(gòu)建模型的科學(xué)性，并討論該學(xué)科的價(jià)值與發(fā)展。1 決

7、策神經(jīng)科學(xué)研究手段決策神經(jīng)科學(xué)研究手段研究人員為了了解決策過(guò)程中的神經(jīng)機(jī)制，需要借助腦成像工具直接觀察大腦活動(dòng)，以下便是三種主流研究工具的原理及簡(jiǎn)單分析。1.1 功能核磁共振功能核磁共振技術(shù)是在核磁共振的基礎(chǔ)發(fā)展的一種腦功能成像技術(shù)。神經(jīng)元興奮造成的能量消耗會(huì)使神經(jīng)元附近供血?jiǎng)用}內(nèi)氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的比例會(huì)發(fā)生變化,興奮的大腦局部血流量供過(guò)于求,使順磁性物質(zhì)脫氧血紅蛋白的比例降低， 引起大腦局部組織磁無(wú)化率變化, 這一電磁信號(hào)變化可被核磁共振儀感應(yīng)。儀器根據(jù)斷層成像技術(shù)得到相應(yīng)腦功能激活圖，從而反映大腦神經(jīng)活動(dòng)情況。此方法可以分別獲得大腦的結(jié)構(gòu)像與功能像，從而在后期處理中精確定位功能活

8、動(dòng)部位，成像速度快，精度高。1.2 事件相關(guān)電位腦電圖通過(guò)安放在頭皮表面的電極,對(duì)大腦內(nèi)神經(jīng)電活動(dòng)導(dǎo)致的電壓變化進(jìn)行測(cè)量。 測(cè)量部分分為自發(fā)腦電與誘發(fā)腦電,其中誘發(fā)腦電是相位鎖定的,可通過(guò)相同刺激的多次重復(fù)疊加除去非相位鎖定的腦電信號(hào),得到較強(qiáng)的相位鎖定腦電位信號(hào),便是事件相關(guān)電位。其對(duì)波的成分、幅度、潛伏期及電位隨時(shí)間變化或腦區(qū)分布進(jìn)行分析來(lái)表征大腦認(rèn)知加工。ERP直接測(cè)量了神經(jīng)放電活動(dòng),時(shí)間分辨率高 ,造價(jià)低 ,數(shù)據(jù)處理較簡(jiǎn)單,因此應(yīng)用廣泛。此外通過(guò)高分辨率 EEG 的記錄,利用逆向算法對(duì) ERP 成分來(lái)源來(lái)進(jìn)行空間定位， 可以推算大腦神經(jīng)興奮的源頭，最高精度達(dá)到厘米級(jí)別，但是相比核磁共振

9、等工具，其對(duì)大腦解剖空間的定位仍較為粗糙。1.3 正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描此技術(shù)是通過(guò)注射正電子核素標(biāo)記的葡萄糖(氟化脫氧葡萄糖)作為人體代謝的示蹤劑,記錄同位素衰變時(shí)釋放出的正電子與大腦電子間的湮滅,獲得同位素位置分布,從而得到大腦局部代謝率和腦血流變化的信息。研究中對(duì)照兩種不同的條件下血流信息的差異來(lái)反映大腦的功能活動(dòng)情況。雖然其造價(jià)昂貴，時(shí)間空間精度有限，正逐步被 FMRI 取代，但其能夠利用不同放射性元素測(cè)定大腦神經(jīng)遞質(zhì)濃度與對(duì)應(yīng)的分布密度,且相對(duì)于 fMRI 所需疊加次數(shù)少,因此也具有一定優(yōu)勢(shì)。2 2 風(fēng)險(xiǎn)決策神經(jīng)機(jī)理風(fēng)險(xiǎn)決策神經(jīng)機(jī)理2.1 預(yù)期階段神經(jīng)科學(xué)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：研究被試者

10、腦電信號(hào)過(guò)程中，正性或者負(fù)性的預(yù)期均明顯誘發(fā)了獎(jiǎng)賞相關(guān)腦區(qū)中腹側(cè)紋狀體、 背側(cè)紋狀體的激活,及損失規(guī)避相關(guān)腦區(qū)腦島的激活。 隨后比較正性和負(fù)性兩種線索發(fā)現(xiàn),兩者在腦區(qū)激活上沒(méi)有明顯的差異,說(shuō)明腦區(qū)的激活對(duì)效用評(píng)價(jià)不敏感。進(jìn)一步分析 BOLD 信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),與獎(jiǎng)賞有關(guān)的中腦和與損失規(guī)避相關(guān)的腦島同時(shí)影響幅值。說(shuō)明在預(yù)期階段,大腦在效用評(píng)價(jià)和激活程度兩方面均對(duì)情緒做出反應(yīng),這一點(diǎn)符合情緒的經(jīng)典定義，也從神經(jīng)學(xué)水平證明了個(gè)體決策者在決策的預(yù)期階段存在著預(yù)期情感。Knutson 提出預(yù)期情感理論認(rèn)為,獎(jiǎng)賞相關(guān)腦區(qū)的激活能夠促使被試在決策中傾向于風(fēng)險(xiǎn)偏好的選擇,而島葉激活的時(shí)候傾向于保守的選項(xiàng)。 因此個(gè)

11、人認(rèn)為獎(jiǎng)賞、 懲罰腦區(qū)的同時(shí)激活反映了對(duì)潛在獲益或者損失的動(dòng)機(jī)大小的加工。 無(wú)論獲益還是損失線索,預(yù)期階段正性獎(jiǎng)賞系統(tǒng)中腦、 腹側(cè)紋狀體、 背側(cè)紋狀體和負(fù)性懲罰系統(tǒng)的島葉雙系統(tǒng)同時(shí)發(fā)揮作用,反映了對(duì)未來(lái)小獲益(獲益線索下)、大損失(損失線索下)的擔(dān)心和大獲益(獲益線索下)、小損失(損失線索下)的期望并存交織的預(yù)期情感狀態(tài)。因此預(yù)期階段不僅存在著預(yù)期情感，而且這種情感是雙向的，對(duì)每種線索均有正反兩方面預(yù)期。2.2 決策階段實(shí)驗(yàn)研究表明，在風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)勢(shì)的情形下,測(cè)試者更傾向于選擇做出投資,風(fēng)險(xiǎn)中性的條件下次之,而風(fēng)險(xiǎn)劣勢(shì)的情形下的選擇最為保守。且風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)勢(shì)下選擇投資的反應(yīng)時(shí)更快;而在風(fēng)險(xiǎn)劣勢(shì)情形下,選擇

12、不投資的反應(yīng)時(shí)更快。此外風(fēng)險(xiǎn)中性時(shí)做出選擇的時(shí)間無(wú)較大變化,但是選擇不投資的比例超過(guò)投資。測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)決策的同時(shí)利用事件相關(guān)電位可以發(fā)現(xiàn)：決策階段錯(cuò)誤相關(guān)負(fù)波(error related negativity, ERN)與錯(cuò)誤正波(error positivity, Pe)都參與了對(duì)投資決策選擇的調(diào)節(jié)。因此有理論討論起源于大腦前扣帶回的 ERN 與決策的關(guān)系。根據(jù)沖突檢測(cè)理論的假設(shè),ERN 不僅會(huì)對(duì)刺激反應(yīng)的沖突做出應(yīng)答,還會(huì)對(duì)大腦內(nèi)在的動(dòng)無(wú)機(jī)產(chǎn)生的沖突進(jìn)行檢測(cè)(Botvinick&Brave:etal,2001;Yu&zhou,2009)，在風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)劣勢(shì)下大腦并無(wú)動(dòng)機(jī)沖突，

13、因此可以迅速做出決定。但這一理論在風(fēng)險(xiǎn)中性情況下并不適用，決策者選擇投資與不投資均面臨沖突，因此應(yīng)該用更長(zhǎng)時(shí)間做出選擇，但事實(shí)與此相反。不過(guò)這一現(xiàn)象可以由Yu&Zhou 提出的預(yù)警學(xué)說(shuō)加以解釋,根據(jù)行為決策理論,投資意味著風(fēng)險(xiǎn)和可能的損失,即收益為“0”,而不是選擇不投資時(shí)可以得到確定的“1”,因此對(duì)未來(lái)可能結(jié)果的評(píng)估是投資相對(duì)于不投資誘發(fā)了更為明顯的 ERN。以上分析及沖突檢測(cè)和預(yù)警兩種學(xué)說(shuō)表明，ERN 在決策執(zhí)行階段反映了對(duì)未來(lái)可能風(fēng)險(xiǎn)與獎(jiǎng)賞適應(yīng)性選擇的預(yù)期情感進(jìn)行評(píng)估。 可以認(rèn)為與預(yù)期階段存在決策情感一樣,風(fēng)險(xiǎn)決策的決策階段也存在著決策情感,這種情感幫助決策者協(xié)調(diào)決策情緒,高效、

14、準(zhǔn)確地完成風(fēng)險(xiǎn)決策的決策選擇。2.3 反饋評(píng)估階段Knutson 等(Knutson&Fongetal.,2003)分離了預(yù)期階段與反饋階段,發(fā)現(xiàn)在反饋階段與預(yù)期階段不同,獲益相對(duì)于損失能夠誘發(fā)更加明顯的內(nèi)側(cè)前額葉的激活。 此外由 Liu 等對(duì)獎(jiǎng)懲的 分 析 結(jié) 果 發(fā) 現(xiàn) , 前 扣 帶 回 與 雙 側(cè) 島 葉 參 與 了 對(duì) 負(fù) 性 反 饋 的 表 征(Liu&Hairstonetal.,2010)。以上結(jié)果表明在反饋階段,獎(jiǎng)賞和損失發(fā)生了明顯的分離,積極反饋由相關(guān)的腦區(qū)腹側(cè)紋狀體、 內(nèi)側(cè)前額葉和后扣帶回進(jìn)行表征,對(duì)負(fù)面情感敏感的島葉與前扣帶回則表征損失反饋。此外,從對(duì)預(yù)期

15、與反饋結(jié)果的比較可以看到,在紋狀體區(qū)域兩者發(fā)生了分離,在預(yù)期獎(jiǎng)賞和懲罰的線索下,腹背側(cè)紋狀體同時(shí)激活,而在反饋獎(jiǎng)賞階段,只有腹側(cè)紋狀體參與了對(duì)獎(jiǎng)賞評(píng)估的反饋。與 ERN 一同起源于大腦前扣帶回的還有反饋相關(guān)負(fù)波(feedback related negativity, FRN)，但其沒(méi)有參與對(duì)風(fēng)險(xiǎn)情形的調(diào)節(jié),而是對(duì)決策階段選項(xiàng)概率大小非常敏感。 決策階段傾向決策選項(xiàng)的概率越大,在反饋評(píng)估階段誘發(fā)更加明顯的 FRN,反映了反饋階段對(duì)決策階段的決策預(yù)期與反饋實(shí)際結(jié)果之間的差異,即表征了預(yù)測(cè)情感偏差。 在風(fēng)險(xiǎn)決策的反饋階段,對(duì)反饋結(jié)果的評(píng)估反映了決策者對(duì)決策預(yù)期的再評(píng)估,為決策的學(xué)習(xí)和下一次決策行為

16、的調(diào)整做好準(zhǔn)備。3 3 決策神經(jīng)科學(xué)價(jià)值與發(fā)展決策神經(jīng)科學(xué)價(jià)值與發(fā)展3.1 研究?jī)r(jià)值傳統(tǒng)決策科學(xué)注重決策的行為描述，而認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與決策科學(xué)的結(jié)合在逐步揭示決策過(guò)程的心理和生理學(xué)機(jī)制，使我們清晰決策生成的神經(jīng)機(jī)理，這會(huì)有以下三方面好處。1) 指導(dǎo)個(gè)人決策。在個(gè)人自我管理與決策時(shí),如何使完成日常決策、自我管理更加高效具有重要意義。例如行為金融學(xué)創(chuàng)始人羅伯特希勒提出：股票市場(chǎng)中非理性因素?zé)o處不在。 而預(yù)期情感在這些非理性因素中有重要地位,在投資中預(yù)判并利用自身的情感,能幫助人們快速而高效投資,準(zhǔn)確的進(jìn)行決策。2) 協(xié)助企業(yè)管理者決策。對(duì)于高層的管理，利用直覺(jué)來(lái)決策十分重要。因?yàn)樗麄冐?fù)責(zé)重要策略制定

17、，對(duì)大量數(shù)據(jù)的理性分析將會(huì)消耗巨大精力,此時(shí)基于管理工作經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生的直覺(jué)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 此時(shí)根據(jù)決策神經(jīng)科學(xué)提供的決策加工機(jī)制， 直覺(jué)便可以科學(xué)地轉(zhuǎn)化為決策，從而避免復(fù)雜有未必精確的分析。3)指導(dǎo)國(guó)家災(zāi)害應(yīng)對(duì)機(jī)制。當(dāng)自然災(zāi)害突發(fā)，應(yīng)急管理重要是要在短時(shí)間提出快速有效的應(yīng)對(duì)方案。應(yīng)急預(yù)案無(wú)法考慮到現(xiàn)實(shí)突發(fā)情況,面對(duì)危機(jī)時(shí)決策者沒(méi)有充分的時(shí)間思考,因此需要決策領(lǐng)導(dǎo)人利用直覺(jué),將直覺(jué)納入決策生成機(jī)制進(jìn)行高效的決策。 這種決策方式能夠節(jié)省大量認(rèn)知資源,高效而準(zhǔn)確，是對(duì)傳統(tǒng)的應(yīng)急方案的一個(gè)很好的補(bǔ)充。3.2 學(xué)科前景目前決策神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展依然存在一定的限制，除研究手段復(fù)雜昂貴，大數(shù)據(jù)處理整合能力有限外，

18、還有研究成果可操作性不強(qiáng)等問(wèn)題。但試圖通過(guò)神經(jīng)科學(xué)揭示大腦在做出復(fù)雜決策時(shí)怎樣計(jì)算、如何運(yùn)用知識(shí)便是有意義的嘗試。它的創(chuàng)新之處不僅在于為經(jīng)濟(jì)學(xué)與管無(wú)理學(xué)的理論建立了初步的神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ)，還在于發(fā)現(xiàn)了對(duì)決策有重要影響卻被理性決策理論低估或忽視的生理學(xué)變量。因此學(xué)科研究沿著探究人腦決策這一高級(jí)功能的道路發(fā)展，會(huì)有更多關(guān)乎大腦本質(zhì)的突破發(fā)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)1PAULUS M P，ROGAI_SKY C，SIMMONS A，et a1Increased activation in the right insuladuringrisk-takingdecisionmakingisrelatedtoharmavoidanceandneuroticismJNeurolmage，2003，192SABRINA M T， GRAIG R F， CHRISTOPHER T， et a1 Theneural basis of loss aversion in decision。making under risk JScience，2007，3153Yu R J，ZHOU x LBrain potentials associated with outcome expectation and outcomeevaluati