Overview
Fonte: Laboratori di Jonas T. Kaplan e Sarah I. Gimbel—University of Southern California
Il processo decisionale è una componente importante della funzione esecutiva umana, in cui una scelta su una linea d'azione o cognizione è fatta da molte possibilità. Il danno alle parti inferiori dei lobi frontali può influenzare la capacità di una persona di prendere buone decisioni. Tuttavia, mentre i deficit decisionali possono avere un grande impatto sulla propria vita, questi deficit possono essere difficili da quantificare in laboratorio. A metà degli anni 1990, un compito è stato progettato per imitare il processo decisionale della vita reale in laboratorio. Questo compito, noto come Iowa Gambling Task (IGT), è un compito cognitivamente complesso ampiamente utilizzato nella ricerca e negli studi clinici come misura altamente sensibile della capacità decisionale. 1-3
Nell'IGT, a un partecipante vengono mostrati quattro mazzi di carte e sceglie di rivelare una carta da un mazzo ad ogni turno. Quando una carta viene consegnata, il partecipante riceverà un po 'di denaro, ma a volte sarà anche tenuto a pagare una penale. Due dei mazzi hanno payoff più elevati, ma hanno anche sanzioni elevate tali che la scelta tra questi mazzi porta a una perdita netta a lungo termine. Gli altri due mazzi hanno payoff più bassi, ma presentano anche penalità minori, in modo che la scelta tra questi mazzi porti a un guadagno netto. Pertanto, per fare una scelta vantaggiosa, i partecipanti devono integrare le informazioni su perdite e guadagni nel tempo.
Questo video dimostra come somministrare l'IGT per confrontare le prestazioni dei pazienti con danni alla corteccia prefrontale ventromediale con un gruppo di soggetti di controllo abbinati, rivelando il contributo unico di questa regione del cervello al processo decisionale.
Procedure
1. Reclutamento dei partecipanti
- Reclutamento dei pazienti
- Reclutare 10 pazienti con danni al settore ventromediale delle cortecce prefrontali.
- Il danno a questa regione è confermato dal neuroimaging con la risonanza magnetica. La corteccia prefrontale ventromediale si trova alla parete mediale più anteriore della corteccia cerebrale, sulla superficie ventrale. Il danno può essere unilaterale o bilaterale, ma non dovrebbe estendersi oltre la corteccia prefrontale ventromediale. Un esempio del cervello di un tale paziente è mostrato nella Figura 1.
Figura 1: Ricostruzione computerica del cervello di un paziente con danno VMPFC. Questo paziente ha danni bilaterali alla corteccia prefrontale mediale, come mostrato in questa ricostruzione 3D fatta da immagini MRI. Immagini per gentile concessione di Hanna Damasio.
- Controllo del reclutamento
- Reclutare 20 partecipanti senza danni cerebrali, che sono abbinati per età e intelletto con la popolazione di pazienti.
- Assicurarsi che i partecipanti siano stati pienamente informati delle procedure di ricerca e abbiano firmato tutti i moduli di consenso appropriati.
2. Raccolta dei dati
- Al fine di esaminare i deficit decisionali nei pazienti con danno ventromediale della corteccia prefrontale, i pazienti e i partecipanti al controllo eseguiranno l'Iowa Gambling Task. 1
- Siediti il partecipante a un tavolo di fronte a quattro mazzi di carte dall'aspetto identico.
- Dai al partecipante $ 2000 in denaro di gioco.
- Fornire istruzioni al partecipante su come si svolgerà l'esperimento.
- Dì al partecipante che il gioco richiede una serie di selezioni di carte, girando una carta alla volta da una qualsiasi delle quattro pile di carte.
- Dì al partecipante che l'obiettivo del compito è massimizzare il profitto sul denaro del prestito.
- Dì al partecipante che dopo aver girato ogni carta, riceverà una certa quantità di denaro (predeterminata per ogni turno di carta da ogni mazzo).
- Dì al partecipante che sono liberi di passare da un mazzo all'altro, in qualsiasi momento, tutte le volte che vogliono.
- Non c'è limite di tempo per il partecipante per scegliere un mazzo.
- Inizia l'attività.
- Dopo aver girato alcune carte, al partecipante viene dato denaro ma deve anche pagare una penale. L'importo della penalità viene annunciato dopo che la carta è stata girata, ed è predeterminato per ogni turno di carta da ogni mazzo (noto solo allo sperimentatore; Figura 2). Dai al partecipante la quantità di denaro virtuale che guadagna e dì loro di consegnare allo sperimentatore tutti i soldi che hanno perso, prima di procedere al turno successivo.
- Girare una carta dal mazzo A o B produce $ 100, girando una carta dal mazzo C o D si ottiene $ 50. Gli importi delle penalità sono più elevati nei mazzi A e B che nei mazzi C e D.
- I mazzi A e B sono equivalenti in termini di perdita netta complessiva durante le prove, ma nel ponte A la punizione è più frequente e di magnitudo inferiore rispetto al ponte B.
- I mazzi C e D sono equivalenti in termini di guadagno netto complessivo, ma nel mazzo C la punizione è più frequente e di magnitudo inferiore rispetto al mazzo D.
- Utilizzare il programma preprogrammato di ricompensa e punizione sulla scheda di punteggio (Figura 2).
- Ad esempio, se il partecipante sceglie prima una carta dal mazzo A, riceve una ricompensa di $ 100 e nessuna punizione.
- Se la seconda scelta di carte proviene anche dal mazzo A, ricevono una ricompensa di $ 100 e nessuna punizione.
- Se la terza scelta di carte proviene anche dal mazzo A, ricevono una ricompensa di $ 100 e una punizione di $ 150.
- Tenere traccia dei giri della carta contrassegnando ciascuno dei 100 giri nella cella appropriata nella Figura 2.
- Il partecipante fa 100 giri di carte, scegliendo una carta da qualsiasi mazzo ogni volta. Poiché ci sono solo 40 carte in ogni mazzo, potrebbero esaurire le carte in un determinato mazzo prima della fine dell'esperimento.
Figura 2: Programma programmato di ricompensa e punizione. Questo grafico viene utilizzato dallo sperimentatore per determinare la ricompensa e la punizione per ogni turno di carta. Il partecipante viene ricompensato con l'importo in dollari nella prima colonna e viene presentato con una punizione basata sul programma dettagliato nelle colonne seguenti. Ogni riga rappresenta un mazzo di carte, A, B, C o D. Per ogni turno di carte da quel mazzo, il partecipante riceve l'importo in dollari nella prima cella. Ogni colonna rappresenta il turno di carte da quel mazzo. Ad esempio, i primi due turni dal mazzo A non hanno penalità, quindi il terzo turno dal mazzo A ha una penalità di $ 150. Ci sono 40 carte in ogni mazzo, ognuna rappresentata da una colonna nel grafico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Analisi dei dati
- Osservare e confrontare la sequenza temporale delle risposte per il controllo e le popolazioni di pazienti. Quindi, per analizzare le prestazioni dei pazienti e confrontare le loro prestazioni con le prestazioni normali, utilizzare un'analisi della varianza (ANOVA) per esaminare il numero di carte di ciascun mazzo scelto dai controlli normali e dai pazienti. L'ANOVA dovrebbe avere le variabili di gruppo (controlli vs. pazienti) e scelta (A, B, C, D).
- Un successivo t-test di Newman-Keuls può essere usato per mostrare quali differenze a coppie contribuiscono al significato dell'ANOVA.
Il processo decisionale è una componente importante della funzione esecutiva umana, in cui la scelta di una linea d'azione è fatta da molte possibilità.
Ad esempio, la capacità di una persona di ottenere una bevanda potrebbe derivare dal prendere buone decisioni, come scegliere di andare al registratore di cassa e pagarlo, o quelle scadenti, come correre fuori dalla porta senza pagare.
Quest'ultimo esempio – l'atto rischioso di rubare – è considerato una decisione indesiderabile, che si verifica a seguito di danni ai lobi frontali – e in particolare, alla corteccia prefrontale ventromediale, VMPFC in breve.
Questo video dimostra come progettare ed eseguire l'Iowa Gambling Task, una misura altamente sensibile della complessa capacità decisionale, in cui gli individui devono integrare le informazioni su perdite e guadagni nel corso di un gioco di carte ad alto rischio.
In questo esperimento, due gruppi di partecipanti – pazienti con danni noti al VMPFC e controlli, individui senza tali danni – eseguono l'Iowa Gambling Task, che esamina la capacità decisionale di affrontare la ricompensa e la punizione.
A tutti vengono mostrati quattro mazzi, etichettati da A a D, che contengono carte dall'aspetto identico e hanno denaro da giocare da usare, poiché l'obiettivo generale è massimizzare il profitto.
Durante ogni turno, i partecipanti scelgono una carta da una qualsiasi delle quattro pile e successivamente ricevono una certa quantità di denaro predeterminato che solo il ricercatore conosce.
Ad esempio, potrebbero scegliere una carta che si traduce non solo nel vincere denaro, ma anche nel perderne alcuni. Oppure, potrebbero anche perdere più di quanto vincano. Il trucco quindi è capire il rischio associato ad ogni mazzo.
Sebbene A e B producano ricompense maggiori rispetto a C e D, si traducono anche in sanzioni più elevate e, quindi, portano a perdite a lungo termine. I mazzi A e B comportano le stesse perdite a lungo termine, ma la punizione in A è più frequente e di entità inferiore rispetto a B.
Nel complesso, la scelta tra A e B comporterà perdite nette, mentre la scelta tra C e D comporterà guadagni netti, motivo per cui gli insiemi A e B sono indicati come cattivi e C e D come buoni.
Pertanto, per fare scelte vantaggiose, i partecipanti devono integrare le informazioni su perdite e guadagni nel tempo ed evitare i cattivi set.
La variabile dipendente qui è il numero di giri di carte che il partecipante fa da ciascuno dei quattro mazzi.
Sulla base di precedenti lavori di Bechara, Damasio e colleghi, ci si aspetta che i pazienti con danni da VMPFC facciano più selezioni da quelli cattivi - A e B - ed evitino di scegliere tra i buoni - C e D - imitando la loro incapacità nella vita reale di prendere decisioni preziose.
Ai fini di questa dimostrazione, testare un paziente con danno corticale noto. Si noti che i loro dati saranno confrontati con quelli raccolti dai controlli senza danni cerebrali, che sono anche abbinati per età e intelletto.
In preparazione per il compito, siediti il paziente a un tavolo di fronte a quattro mazzi di carte dall'aspetto identico e consegna loro $ 2000 in denaro da gioco.
Istruisci che devono scegliere una carta alla volta da una qualsiasi delle quattro pile e, dopo aver capovolto ogni carta, riceveranno una certa somma di denaro.
Informali inoltre che sono liberi di passare da un mazzo all'altro in qualsiasi momento, tutte le volte che vogliono, e di prendersi il loro tempo, al fine di massimizzare il loro profitto sul denaro del prestito.
Inizia facendo in modo che il paziente faccia la sua prima selezione e annunci l'importo della ricompensa o della penalità in base alla scorecard. Dai loro la quantità di denaro virtuale che guadagnano e dì loro di restituire tutti i soldi che hanno perso prima di procedere al turno successivo.
Tieni traccia di ogni giro di carta contrassegnando la cella appropriata della scorecard. Nel caso in cui un mazzo sia completato prima della sua anteore, avvisare il paziente che ora può scegliere solo tra i tre mazzi rimanenti. Termina l'attività quando sono state girate 100 carte.
Per esaminare le decisioni dei partecipanti nel tempo, tracciare le selezioni del mazzo nel corso dei 100 studi, separatamente per i controlli rispetto ai pazienti con danno VMPFC.
Mentre i controlli inizialmente campionavano dai mazzi cattivi, alla fine hanno imparato a evitarli. I pazienti, d'altra parte, hanno continuato a campionare quelli cattivi durante l'esperimento.
Per fare confronti di gruppo, riassumi questi dati in un grafico a barre, in cui il numero totale di giri di carte viene tracciato tra i mazzi.
Notate come i controlli normali hanno effettuato più selezioni dai mazzi buoni , C e D - ed hanno evitato i mazzi cattivi - A e B. D'altra parte, i pazienti con danno VMPFC hanno fatto più selezioni dai set cattivi e in gran parte hanno evitato quelli buoni.
Questi risultati indicano che i pazienti con danno cerebrale frontale si comportano in modo diverso in questo compito rispetto ai controlli sani, in modo tale che attingono più frequentemente dai mazzi ad alta ricompensa / alta punizione, anche se tali decisioni comportano perdite a lungo termine.
Ora che hai familiarità con l'utilizzo dell'Iowa Gambling Task per quantificare gli esiti rischiosi nei pazienti con danno al lobo frontale, diamo un'occhiata a come il paradigma può essere utilizzato per valutare il processo decisionale in una varietà di popolazioni, compresi gli individui con danno da amigdala e quelli con diagnosi di schizofrenia.
Mentre il ruolo del PFC nel processo decisionale è ben studiato, altre regioni del cervello contribuiscono all'implementazione di scelte vantaggiose rispetto a quelle svantaggiose.
Dato il ruolo dell'amigdala nell'elaborazione degli stimoli di incentivazione, il danno a questa regione probabilmente interromperebbe l'integrazione degli stati di ricompensa e punizione vitali per il compito del gioco d'azzardo.
Utilizzando un paradigma simile, i ricercatori hanno dimostrato che i pazienti con danno bilaterale da amigdala mostrano anche gravi disturbi decisionali.
Proprio come i pazienti con danni VMPFC, anche gli individui con schizofrenia scelgono tra mazzi cattivi; tuttavia, mostrano un modello distintivo di scelte, facendo più selezioni dalle perdite a bassa frequenza ma di grandezza elevata: mazzi B e D.
Questi risultati indicano che i pazienti schizofrenici sono sensibili alla ricompensa rispetto alla punizione, ma non riescono a prendere in considerazione in modo vantaggioso l'entità della punizione.
Pertanto, il compito iowa gambling può essere utilizzato per rivelare una serie di contributi cognitivi al processo decisionale che possono essere associati a diversi deficit sottostanti.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla quantificazione del processo decisionale in laboratorio utilizzando l'Iowa Gambling Task. Ora dovresti avere una buona comprensione di come amministrare questo paradigma osservando e rispondendo alle diverse scelte di carte, nonché su come analizzare e interpretare i risultati.
Grazie per l'attenzione!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
Nelle estrazioni di 100 carte da quattro mazzi, i controlli normali facevano più selezioni dai mazzi buoni (C e D) ed evitavano i mazzi cattivi (A e B). Al contrario, i pazienti con danno della corteccia prefrontale ventromediale (VMPFC) hanno effettuato più selezioni dai ponti cattivi (A e B) ed hanno evitato i ponti buoni (C e D; Figura 3). Il numero di carte selezionate dai controlli dei mazzi A e B era significativamente inferiore al numero di carte selezionate da quei mazzi dai pazienti. Al contrario, il numero di carte selezionate dalla popolazione di controllo dai mazzi C e D era significativamente superiore al numero selezionato dai pazienti.
Figura 3: Controllare le prestazioni del soggetto e del paziente nell'attività di gioco d'azzardo dell'Iowa. In cento selezioni di carte da quattro mazzi, i controlli normali facevano più selezioni dai mazzi buoni (C e D) ed erano più inclini ad evitare i mazzi cattivi (A e B). Al contrario, i pazienti con danno alla corteccia prefrontale ventromediale hanno fatto più selezioni dai ponti cattivi (A e B) ed hanno evitato di scegliere tra i mazzi buoni (C e D).
Questi risultati mostrano che i pazienti si comportano in modo diverso in questo compito rispetto ai controlli sani, in quanto tendono ad attingere da mazzi ad alta ricompensa / alta punizione più frequentemente anche se questi mazzi comportano perdite a lungo termine. L'esame del modello delle risposte mostra che questo deficit di prestazioni è stabile nel tempo. Mentre i controlli inizialmente campionano i mazzi cattivi, alla fine imparano a evitarli. I pazienti, d'altra parte, continuano a campionare dai mazzi cattivi durante l'esperimento. Poiché i partecipanti devono fare affidamento sulla loro capacità di stimare quali mazzi sono rischiosi e quali sono redditizi nel tempo, le prestazioni dei pazienti imitano la loro incapacità nella vita reale di prendere decisioni vantaggiose. Questo compito consente il rilevamento della compromissione in questi pazienti in un ambiente di laboratorio e fornisce informazioni sul ruolo del VMPFC, che sembra cruciale per incorporare la conoscenza emotiva dei risultati decisionali nel comportamento.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
Questo compito può servire a valutare i deficit decisionali in una varietà di popolazioni. Ad esempio, oltre ai pazienti con danni al VMPFC, i pazienti con danno bilaterale dell'amigdala mostrano anche gravi disturbi decisionali che possono essere misurati dall'IGT. Inoltre, il processo decisionale svantaggioso caratterizza varie condizioni psicopatologiche, tra cui dipendenza da sostanze, gioco d'azzardo patologico, schizofrenia, disturbo ossessivo-compulsivo, anoressia nervosa, disturbo da deficit di attenzione / iperattività, psicopatia, obesità e molti altri.
Uno dei vantaggi di questo compito è la sua capacità di distinguere tra diversi contributi cognitivi al complesso processo decisionale. Ad esempio, possiamo confrontare le prestazioni dei pazienti con danno VPMFC con pazienti con schizofrenia, entrambi i quali mostrano deficit sul compito. La tendenza dei pazienti con VPMFC a scegliere tra i cattivi mazzi è stata interpretata come un deficit nell'incorporare informazioni sulle conseguenze future a lungo termine nel comportamento; in questi pazienti, le scelte sono fatte solo sulla base di una potenziale ricompensa a breve termine. I pazienti con schizofrenia scelgono anche più frequentemente dai ponti cattivi rispetto ai normali controlli. Tuttavia, il loro modello distintivo di scelte, in cui tendono a scegliere più spesso dai mazzi con bassa frequenza, perdite di grandezza elevata (ponti B e D), rivela un diverso deficit sottostante. 4 Questo modello di scelte suggerisce che i pazienti schizofrenici sono sensibili alla frequenza della ricompensa rispetto alla punizione, ma non tengono conto in modo vantaggioso dell'entità della punizione. Pertanto, l'IGT è in grado di rivelare una serie di contributi cognitivi al processo decisionale che possono essere associati a disfunzioni in diverse regioni del cervello.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
References
- Bechara, A., Damasio, A.R., Damasio, H. & Anderson, S.W. Insensitivity to future consequences following damage to human prefrontal cortex. Cognition 50, 7-15 (1994).
- Bechara, A., Damasio, H., Tranel, D. & Damasio, A.R. Deciding advantageously before knowing the advantageous strategy. Science 275, 1293-1295 (1997).
- Li, X., Lu, Z.L., D'Argembeau, A., Ng, M. & Bechara, A. The Iowa Gambling Task in fMRI images. Hum Brain Mapp 31, 410-423 (2010).
- Shurman, B., Horan, W.P. & Nuechterlein, K.H. Schizophrenia patients demonstrate a distinctive pattern of decision-making impairment on the Iowa Gambling Task. Schizophr Res 72, 215-224 (2005).
