對于背外側(cè)前額葉皮質(zhì)的重復(fù)經(jīng)顱磁刺激可以調(diào)節(jié)連續(xù)決策中的價值學(xué)習(xí)

1. 研究背景

盡管現(xiàn)有研究表明背外側(cè)前額葉皮質(zhì)在價值學(xué)習(xí)和決策中起到重要作用，但幾乎沒有直接證據(jù)證明該區(qū)域參與了連續(xù)決策中的信息整合過程。本研究通過刺激執(zhí)行3階段馬爾可夫決策任務(wù)被試的背外側(cè)前額葉皮質(zhì)，探究該區(qū)域如何影響連續(xù)決策中的信息整合效率。

2. 研究方法

2.1 被試

研究共有31名有效被試，全部為男性，平均年齡為23.8歲。

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

被試需要參與3階段馬爾可夫決策任務(wù)，該任務(wù)中的報(bào)酬給予有兩種條件：即刻報(bào)酬和延遲報(bào)酬。在即刻報(bào)酬情況下，被試遵循正確的反應(yīng)流程時每次都會獲得5美分；而在延遲報(bào)酬情況下，遵循最優(yōu)反應(yīng)流程時前兩次會損失5美分，最后一次會收獲25美分。當(dāng)前選擇不僅會影響當(dāng)前收益，還會對接下來的收益情況造成影響。每個階段的選擇都是一個二分任務(wù)，被試要針對特定的視覺刺激作出選擇。兩種報(bào)酬給予條件分別三個實(shí)驗(yàn)block，每個block中有36個試次。在每個試次中，首先注視點(diǎn)呈現(xiàn)0.5s，接下來視覺刺激會呈現(xiàn)1s，被試需要在1s內(nèi)作出選擇，選擇所帶來的收益會在屏幕上呈現(xiàn)1.5s。

圖1. 兩種報(bào)酬條件下的3階段馬爾可夫決策任務(wù)。圖A為狀態(tài)轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)，圖B為試次步驟

實(shí)驗(yàn)分為兩小節(jié)。在第一節(jié)中，被試首先需要完成練習(xí)試次，并確定其運(yùn)動閾值（MT）。接著對被試的左背外側(cè)前額葉皮質(zhì)或頭頂進(jìn)行20min左右的rTMS刺激，再使其完成3階段馬爾可夫決策任務(wù)。第二節(jié)的流程與第一節(jié)相同，兩節(jié)實(shí)驗(yàn)相隔約一星期。

2.3 刺激參數(shù)

利用PowerMAG（Mag & More, Munich, Germany）可視化導(dǎo)航軟件定位目標(biāo)腦區(qū)，對被試進(jìn)行頻率為1Hz，持續(xù)約20分鐘（1200個脈沖）的rTMS刺激，刺激部位為背外側(cè)前額葉皮質(zhì)或頭頂（10-20系統(tǒng)的Cz電極處），刺激強(qiáng)度為被試的運(yùn)動閾值。兩節(jié)實(shí)驗(yàn)中被試接受刺激的部位不同，即在第一節(jié)實(shí)驗(yàn)中接受背外側(cè)前額葉皮質(zhì)刺激的被試在第二節(jié)中會接受頭頂刺激，剩下一半被試相反。

3. 研究結(jié)果

漂移擴(kuò)散模型（Drift Diffusion Model）用于解釋二選一任務(wù)表現(xiàn)背后的決策過程。該模型假定決策過程是對各種決策證據(jù)的隨機(jī)取樣，直到支持某一選擇的證據(jù)超過閾值。有三個參數(shù)在這個模型中至關(guān)重要：漂移率（drift rate）、邊界區(qū)分參數(shù)和非決策性時間參數(shù)。漂移率越高，決策信息整合能力越強(qiáng)；邊界區(qū)分參數(shù)越大，作出決策越慢越謹(jǐn)慎；非決策性時間參數(shù)表征除決策過程外用于感知覺編碼和運(yùn)動的時間。分析思路主要是為了探究接受rTMS刺激的部位對決策表現(xiàn)以及漂移擴(kuò)散模型三個參數(shù)的有何影響。

正確率：在第一節(jié)實(shí)驗(yàn)中接受背外側(cè)前額葉皮質(zhì)刺激的被試在延遲報(bào)酬條件中的表現(xiàn)比接受頭頂刺激的被試要差，且此影響在第二節(jié)實(shí)驗(yàn)中也未消失。

圖2. 各小節(jié)的各個條件下rTMS對最優(yōu)行動比例的影響

漂移率：治療部位和小節(jié)的交互作用顯著，開始時接受背外側(cè)前額葉皮質(zhì)刺激的被試不管是在第幾節(jié)實(shí)驗(yàn)的哪種報(bào)酬條件下，漂移率均低于頭頂接受刺激的被試。

圖3. 各小節(jié)的各個條件下rTMS對漂移率的影響

4. 結(jié)論

本研究采用被試內(nèi)設(shè)計(jì)，探究了對左背外側(cè)前額葉皮質(zhì)的離線rTMS 刺激如何影響3階段馬爾可夫決策任務(wù)表現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了背外側(cè)前額葉皮質(zhì)在連續(xù)決策任務(wù)的信息整合中的重要作用。

5. 文獻(xiàn)名稱及DOI號

Wittkuhn, L., Eppinger, B., Bartsch, L. M., Thurm, F., Korb, F. M., & Li, S. C. (2018). Repetitive transcranial magnetic stimulation over dorsolateral prefrontal cortex modulates value-based learning during sequential decision-making. Neuroimage, 167, 384-395.

Doi: 10.1016/j.neuroimage.2017.11.057