Wykorzystanie funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) oraz metod behawioralnych do określenia reprezentacji neuronalnej subiektywnej wartości opcji ryzykownych i niejednoznacznych w ludzkim mózgu.
Artykuł metodologiczny
Wykorzystanie funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) oraz metod behawioralnych do określenia reprezentacji neuronalnej subiektywnej wartości opcji ryzykownych i niejednoznacznych w ludzkim mózgu.
Większość decyzji, których dokonujemy, wiąże się z niepewnymi konsekwencjami. W niektórych przypadkach prawdopodobieństwa różnych możliwych wyników są dokładnie znane, co określa się mianem sytuacji „ryzykownych”. W innych przypadkach, gdy nie można oszacować prawdopodobieństw, mamy do czynienia z sytuacją opisywaną jako „niejednoznaczna”. Choć większość ludzi wykazuje awersję zarówno do ryzyka, jak i do niejednoznaczności1,2, stopień tych awersji znacząco różni się między osobnikami, przez co subiektywna wartość tej samej opcji ryzykownej lub niejednoznacznej może być bardzo różna dla różnych osób. Łączymy funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) z metodą opartą na ekonomii eksperymentalnej3 , aby ocenić reprezentację neuronalną subiektywnych wartości opcji ryzykownych i niejednoznacznych4. Technika ta może być obecnie wykorzystywana do badania tych reprezentacji neuronalnych w różnych populacjach, takich jak różne grupy wiekowe oraz różne grupy pacjentów.
W naszym eksperymencie badani dokonują istotnych wyborów pomiędzy dwiema alternatywami, podczas gdy ich aktywacja neuronalna jest śledzona za pomocą fMRI. W każdej próbie badani wybierają pomiędzy loteriami, które różnią się kwotą pieniędzy oraz prawdopodobieństwem wygrania tej kwoty lub poziomem niejednoznaczności związanym z wygraną. Nasz projekt parametryczny pozwala nam wykorzystać zachowanie decyzyjne każdej osoby do oszacowania jej stosunku do ryzyka i niejednoznaczności, a tym samym do oszacowania wartości subiektywnych, jakie każda opcja miała dla danej osoby. Inną ważną cechą projektu jest to, że wynik wybranej loterii nie jest ujawniany podczas eksperymentu, dzięki czemu nie dochodzi do procesu uczenia się, a zatem opcje niejednoznaczne pozostają niejednoznaczne, a stosunek do ryzyka jest stabilny. Zamiast tego, na koniec sesji skanowania, losowo wybieranych jest kilka lub jedna próba, która jest rozegrana o prawdziwe pieniądze. Ponieważ badani nie wiedzą wcześniej, które próby zostaną wybrane, muszą traktować każdą pojedynczą próbę tak, jakby była to jedyna próba, w której otrzymają zapłatę. Taki projekt zapewnia, że możemy oszacować rzeczywistą wartość subiektywną każdej opcji dla każdego badanego. Następnie poszukujemy obszarów w mózgu, których aktywacja jest skorelowana z wartością subiektywną opcji ryzykownych oraz obszarów, których aktywacja jest skorelowana z wartością subiektywną opcji niejednoznacznych.
1. Przygotowanie eksperymentu
2. Przygotowanie obiektu
3. Skanowanie
4. Procedura płatności
Na przykład, jeśli w wybranym badaniu przedstawiono loterię ukazaną na Rysunku 2 (loteria niejednoznaczna, oferująca 18 USD w przypadku wylosowania czerwonego żetonu) i badany wybrał tę loterię (zamiast loterii referencyjnej), wówczas badany powinien wyciągnąć żeton z fizycznego worka odpowiadającego obrazowi loterii. Jeśli zostanie wylosowany czerwony żeton, badany otrzyma 18 USD; jeśli zostanie wylosowany niebieski żeton, nie otrzyma niczego.
5. Analiza danych behawioralnych

Gdzie Pv to prawdopodobieństwo, że badany wybrał loterię zmienną, SVF i SVV to odpowiednio subiektywne wartości opcji stałej i zmiennej, a γ to nachylenie funkcji logistycznej, będące parametrem specyficznym dla danego badanego. Alternatywnym podejściem jest zastosowanie rozkładu probitowego.

Gdzie p jest prawdopodobieństwem obiektywnym (z definicji 0,5 dla tej klasy loterii niejednoznacznych), A to poziom niejednoznaczności (ułamek całkowitego prawdopodobieństwa, który jest nieznany, 0 dla loterii ryzykownych), V to kwota, a α i β są odpowiednio parametrami postawy badanego wobec ryzyka i niejednoznaczności. Jednym z kilku alternatywnych podejść jest uwzględnienie niejednoznaczności jako efektu wykładniczego8:

Dopasowanie danych dotyczących wyboru do funkcji wyboru pozwala w ten sposób na oszacowanie postawy wobec ryzyka (α) oraz postawy wobec niepewności (β) dla każdego badanego.
6. Analiza danych neuronalnych
7. Reprezentatywne wyniki
Zachowanie
Rysunek 4 przedstawia wyniki behawioralne trzech reprezentatywnych badanych. Każdy panel prezentuje dane dotyczące wyborów oraz wyniki dopasowania modelu dla jednego badanego w warunkach ryzyka (lewo) lub niejednoznaczności (prawo). Wykresy przedstawiają proporcję prób, w których badany wybrał loterię zmienną w funkcji kwoty, osobno dla każdego poziomu prawdopodobieństwa lub niejednoznaczności. Jak widać, badani mogą wykazywać duże różnice w swoich postawach wobec ryzyka i niejednoznaczności.
Aby sprawdzić jakość dopasowania, należy zweryfikować wartość r2, która idealnie powinna przekraczać 0,5, a także dokonać wizualnej inspekcji krzywych. Choć u wszystkich trzech badanych w naszych przykładach wystąpiło prawidłowe zachowanie umożliwiające uzyskanie rozsądnego dopasowania, należy zauważyć, że osoba 2 rzadko wybierała opcję zmienną w warunku ryzyka z najniższym prawdopodobieństwem (0,13). Sugeruje to, że rozszerzenie zakresu kwot i/lub zastosowanie wyższych prawdopodobieństw może przynieść lepsze wyniki, ponieważ zapewni to wybieranie opcji zmiennych przez badanych w co najmniej niektórych próbach. Inną opcją jest przeprowadzenie testu wstępnego dla każdego badanego w szerokim zakresie kwot i wybranie takich wartości, które zapewnią porównywalną liczbę wyborów opcji referencyjnej i zmiennej dla każdej osoby.
fMRI
Rysunek 5 przedstawia wyniki obrazowania u jednego reprezentatywnego badanego. Podświetlone woksele to takie, w których współczynnik predyktora wartości subiektywnej w warunkach niepewności (góra) lub ryzyka (dół) różnił się istotnie od 0. U tego typowego badanego stwierdzono istotną korelację w przyśrodkowej korze przedczołowej (MPFC) oraz w prążkowiu w obu warunkach. Obszary te są najbardziej spójne u wszystkich badanych, jednak istotnych korelacji można spodziewać się również w obszarach przyśrodkowej i bocznej kory ciemieniowej, a także w ciele migdałowatym. Ponieważ aktywność w tego typu zadaniach jest zazwyczaj słaba i obarczona szumem, należy spodziewać się wysokiej zmienności między badanymi, przy czym u wielu z nich istotne korelacje mogą wystąpić jedynie w podzbiorze obszarów.

Rycina 1. Bodźce ryzykowne i niejednoznaczne. A) W przypadku bodźców ryzykownych czerwone i niebieskie obszary każdego obrazu na ekranie są proporcjonalne do liczby czerwonych i niebieskich żetonów w kopercie. Zastosowano tutaj trzy prawdopodobieństwa wyniku: 0.13, 0.25 oraz 0.38. B) W przypadku bodźców niejednoznacznych środkowa część obrazu jest przesłonięta szarym ekranem. W obszarze szarym liczba żetonów każdego koloru jest nieznana, a zatem prawdopodobieństwo wyciągnięcia żetonu określonego koloru nie jest dokładnie znane. Zastosowano tutaj trzy poziomy niejednoznaczności, w których przesłonięte jest 25, 50 lub 75% obrazu.

Rycina 2. Przykład loterii. Jest to loteria niejednoznaczna, przy poziomie niejednoznaczności 50%. Co najmniej 25 żetonów w kopercie jest czerwonych, a co najmniej 25 jest niebieskich. Jeśli zostanie wylosowany czerwony żeton, badany wygra $18, natomiast w przypadku wylosowania niebieskiego żetonu nie wygra nic.

Rysunek 3. Struktura próby. Loteria jest prezentowana krótko, po czym następuje okres opóźnienia. Następnie sygnał odpowiedzi wzywa badanych do wskazania wyboru pomiędzy loterią wyświetlaną na ekranie a loterią referencyjną (w tym przypadku 50% szansy na wygranie $5). Próby są przeplatane długimi okresami odpoczynku.

Rycina 4. Przykłady zachowań decyzyjnych pojedynczych osób badanych. Wykresy przedstawiają proporcję prób, w których dana osoba wybrała opcję zmienną zamiast referencyjnej, w funkcji oferowanej kwoty w próbach ryzykownych (lewo) i niejednoznacznych (prawo). Różne krzywe odpowiadają różnym poziomom ryzyka lub niejednoznaczności. α, parametr postawy wobec ryzyka; β, parametr postawy wobec niejednoznaczności; r2, pseudo R-kwadrat McFaddenna, miara dobroci dopasowania modelu behawioralnego, równoważna części wariancji wyjaśnionej przez model; n, liczba prób, w których udzielono odpowiedzi (z łącznej liczby 180).

Rycina 5. Przykład map aktywacji pojedynczego badanego. Mapy aktywacji przedstawiono na anatomicznym obrazie o wysokiej rozdzielczości. Zaznaczone obszary to te, których aktywacja była istotnie skorelowana z wartością subiektywną w warunkach ryzyka (góra) lub niejednoznaczności (dół). U większości badanych przyśrodkowa kora przedczołowa (MPFC) i prążkowie reprezentują wartość subiektywną zarówno w warunkach ryzyka, jak i niejednoznaczności. Skorygowane wartości p oparto na minimalnej wielkości klastra wynoszącej 6 wokseli funkcjonalnych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą rycinę.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wykorzystaliśmy metodę z obszaru ekonomii eksperymentalnej, aby scharakteryzować zachowanie badanych oraz oszacować ich indywidualne podejście do ryzyka i niepewności. Następnie wykorzystaliśmy te szacunki do analizy danych neuronowych.
Wcześniej stosowano inne metody badania aktywności fMRI podczas dokonywania przez badanych wyborów w warunkach ryzyka i niepewności8,12. Nasze podejście łączy jednak kilka istotnych cech. Po pierwsze, wykorzystuje ono projekt parametryczny, w którym ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.
Dziękujemy Aldo Rustichiniemu za owocne dyskusje i uwagi dotyczące projektu.
Finansowane z grantu NIA R01-AG033406 przyznanego IL i PWG.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Skaner MRI Allegra Head Only 3.0 T | Siemens AG | Można również użyć skanera całego ciała | |
| Cewka nadawcza głowy NM-011 | Nova Medical | ||
| E-prime | Psychology Software Tools | Oprogramowanie do prezentacji bodźców | |
| Matlab | Mathworks |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie