1、本科生課程論文開課院系：生命科學學院 指導教師： 曹洋 姓 名： 劉忠和 學 號學 院： 基礎醫學院 專 業：臨床醫學八年 決策中的神經科學摘要決策學作為經濟學熱點，其構建的決策模型是決策者倚重的規避風險手段。但傳統行為層面的研究已不能進一步縮小現有模型的誤差，需要尋求新的方向進行更深入的研究。而近年來fMRI、ERP等神經科學研究工具已使深入大腦內部，研究個體決策行為背后的神經機制成為可能，這有助于建立一個涵蓋生理學變量，更加準確完善的風險決策模型。本文便從應用于風險決策研究的神經科學手段，新視角下的決策加工機制，決策神經科學的意義與展望三個方面討論風險決策中的神經

2、科學。關鍵詞：風險決策；功能核磁共振；建模；神經科學。Abstract Science of Decision Making is an economic-focus. The decision model developed by it is an essential circumvention risk method. However, traditional research in act respectively cannot reduce error anymore. So we have to explore a new way to do in-depth study. In r

3、ecent years, neuroscience research tools such as fMRI、ERP have made it possible to see deep inside the brain and study neural mechanisms behind individual decision-making behavior. This will help to build a new decision making model which is more accurate, more complete and contains physiological va

4、riables. This article will discuss the use of neuroscience in risky decision-making from three aspects: neuroscience methods used in studying risky decision-making, decision-making process mechanism under the new perspective and the significance and prospect of decision neuroscience.Key words:

5、Risky decision making; Neuroscience; Carry on the modelling; Functional magnetic resonance imaging前言決策神經科學是一門新興的學科，由包括斯坦福商學院Baba Shiv教授在內的多名學者于2005年提出。該學科使用特定腦損傷病人研究,神經成像與電生理技術等神經科學的研究手段，研究個體在判斷、決策及社會與市場行為中的神經基礎, 如利用功能核磁共振對個體決策進行腦區加工的空間定位,并利用穿顱磁刺激與腦損傷病人研究來厘清大腦不同腦區加工的因果關系,從而明確行為決策的加工處理過程。并由所的結論提出基于神經

6、機制的決策模型以便更好理解個體在現實生活中的決策行為。近幾年該學科有著良好的發展，利用關鍵詞“decision neuroscience”在web of Science引文數據庫搜索，發現2005.12014.6決策神經科學領域發表的SCI/SSCI文章1610篇,數量逐年遞增。作為非神經科學專業的學生，盡管關心這一學科的成就與發展，但不具備研究發表新成果的能力，所以本文是在學習決策神經科學理論及其研究手段原理的基礎上，分析其構建模型的科學性，并討論該學科的價值與發展。1決策神經科學研究手段研究人員為了了解決策過程中的神經機制，需要借助腦成像工具直接觀察大腦活動，以下便是三種主流研究工具的原理

7、及簡單分析。1.1功能核磁共振功能核磁共振技術是在核磁共振的基礎發展的一種腦功能成像技術。神經元興奮造成的能量消耗會使神經元附近供血動脈內氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的比例會發生變化,興奮的大腦局部血流量供過于求,使順磁性物質脫氧血紅蛋白的比例降低，引起大腦局部組織磁化率變化, 這一電磁信號變化可被核磁共振儀感應。儀器根據斷層成像技術得到相應腦功能激活圖，從而反映大腦神經活動情況。此方法可以分別獲得大腦的結構像與功能像，從而在后期處理中精確定位功能活動部位，成像速度快，精度高。1.2事件相關電位腦電圖通過安放在頭皮表面的電極,對大腦內神經電活動導致的電壓變化進行測量。測量部分分為自發腦電與誘發腦

8、電,其中誘發腦電是相位鎖定的,可通過相同刺激的多次重復疊加除去非相位鎖定的腦電信號,得到較強的相位鎖定腦電位信號,便是事件相關電位。其對波的成分、幅度、潛伏期及電位隨時間變化或腦區分布進行分析來表征大腦認知加工。ERP直接測量了神經放電活動,時間分辨率高 ,造價低 ,數據處理較簡單,因此應用廣泛。此外通過高分辨率EEG的記錄,利用逆向算法對ERP成分來源來進行空間定位，可以推算大腦神經興奮的源頭，最高精度達到厘米級別，但是相比核磁共振等工具，其對大腦解剖空間的定位仍較為粗糙。1.3正電子發射計算機斷層掃描此技術是通過注射正電子核素標記的葡萄糖(氟化脫氧葡萄糖)作為人體代謝的示蹤劑,記錄同位素衰

9、變時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。研究中對照兩種不同的條件下血流信息的差異來反映大腦的功能活動情況。雖然其造價昂貴，時間空間精度有限，正逐步被FMRI取代，但其能夠利用不同放射性元素測定大腦神經遞質濃度與對應的分布密度,且相對于fMRI所需疊加次數少,因此也具有一定優勢。2風險決策神經機理2.1預期階段神經科學的研究結果發現：研究被試者腦電信號過程中，正性或者負性的預期均明顯誘發了獎賞相關腦區中腹側紋狀體、背側紋狀體的激活,及損失規避相關腦區腦島的激活。隨后比較正性和負性兩種線索發現,兩者在腦區激活上沒有明顯的差異,說明腦區的激

10、活對效用評價不敏感。進一步分析BOLD信號數據發現,與獎賞有關的中腦和與損失規避相關的腦島同時影響幅值。說明在預期階段,大腦在效用評價和激活程度兩方面均對情緒做出反應,這一點符合情緒的經典定義，也從神經學水平證明了個體決策者在決策的預期階段存在著預期情感。Knutson提出預期情感理論認為,獎賞相關腦區的激活能夠促使被試在決策中傾向于風險偏好的選擇,而島葉激活的時候傾向于保守的選項。因此個人認為獎賞、懲罰腦區的同時激活反映了對潛在獲益或者損失的動機大小的加工。無論獲益還是損失線索,預期階段正性獎賞系統中腦、腹側紋狀體、背側紋狀體和負性懲罰系統的島葉雙系統同時發揮作用,反映了對未來小獲益(獲益線

11、索下)、大損失(損失線索下)的擔心和大獲益(獲益線索下)、小損失(損失線索下)的期望并存交織的預期情感狀態。因此預期階段不僅存在著預期情感，而且這種情感是雙向的，對每種線索均有正反兩方面預期。2.2決策階段實驗研究表明，在風險優勢的情形下,測試者更傾向于選擇做出投資,風險中性的條件下次之,而風險劣勢的情形下的選擇最為保守。且風險優勢下選擇投資的反應時更快;而在風險劣勢情形下,選擇不投資的反應時更快。此外風險中性時做出選擇的時間無較大變化,但是選擇不投資的比例超過投資。測試風險決策的同時利用事件相關電位可以發現：決策階段錯誤相關負波(error related negativity, ERN)與

12、錯誤正波(error positivity, Pe)都參與了對投資決策選擇的調節。因此有理論討論起源于大腦前扣帶回的ERN與決策的關系。根據沖突檢測理論的假設,ERN不僅會對刺激反應的沖突做出應答,還會對大腦內在的動機產生的沖突進行檢測(Botvinick&Brave:etal,2001;Yu&zhou,2009)，在風險優勢和風險劣勢下大腦并無動機沖突，因此可以迅速做出決定。但這一理論在風險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，因此應該用更長時間做出選擇，但事實與此相反。不過這一現象可以由 Yu&Zhou 提出的預警學說加以解釋,根據行為決策理論,投資

13、意味著風險和可能的損失,即收益為“0”,而不是選擇不投資時可以得到確定的“1”,因此對未來可能結果的評估是投資相對于不投資誘發了更為明顯的ERN。以上分析及沖突檢測和預警兩種學說表明，ERN在決策執行階段反映了對未來可能風險與獎賞適應性選擇的預期情感進行評估。可以認為與預期階段存在決策情感一樣,風險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調決策情緒,高效、準確地完成風險決策的決策選擇。2.3反饋評估階段Knutson等(Knutson&Fongetal.,2003)分離了預期階段與反饋階段,發現在反饋階段與預期階段不同,獲益相對于損失能夠誘發更加明顯的內側前額葉的激活。此外

14、由Liu等對獎懲的分析結果發現,前扣帶回與雙側島葉參與了對負性反饋的表征(Liu&Hairstonetal.,2010)。以上結果表明在反饋階段,獎賞和損失發生了明顯的分離,積極反饋由相關的腦區腹側紋狀體、內側前額葉和后扣帶回進行表征,對負面情感敏感的島葉與前扣帶回則表征損失反饋。此外,從對預期與反饋結果的比較可以看到,在紋狀體區域兩者發生了分離,在預期獎賞和懲罰的線索下,腹背側紋狀體同時激活,而在反饋獎賞階段,只有腹側紋狀體參與了對獎賞評估的反饋。與ERN一同起源于大腦前扣帶回的還有反饋相關負波(feedback related negativity, FRN)，但其沒有參與對風險情

15、形的調節,而是對決策階段選項概率大小非常敏感。決策階段傾向決策選項的概率越大,在反饋評估階段誘發更加明顯的FRN,反映了反饋階段對決策階段的決策預期與反饋實際結果之間的差異,即表征了預測情感偏差。在風險決策的反饋階段,對反饋結果的評估反映了決策者對決策預期的再評估,為決策的學習和下一次決策行為的調整做好準備。3決策神經科學價值與發展3.1研究價值傳統決策科學注重決策的行為描述，而認知神經科學與決策科學的結合在逐步揭示決策過程的心理和生理學機制，使我們清晰決策生成的神經機理，這會有以下三方面好處。1) 指導個人決策。在個人自我管理與決策時,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

16、為金融學創始人羅伯特·希勒提出：股票市場中非理性因素無處不在。而預期情感在這些非理性因素中有重要地位,在投資中預判并利用自身的情感,能幫助人們快速而高效投資,準確的進行決策。2) 協助企業管理者決策。對于高層的管理，利用直覺來決策十分重要。因為他們負責重要策略制定，對大量數據的理性分析將會消耗巨大精力,此時基于管理工作經驗產生的直覺有著明顯的優勢。此時根據決策神經科學提供的決策加工機制，直覺便可以科學地轉化為決策，從而避免復雜有未必精確的分析。3)指導國家災害應對機制。當自然災害突發，應急管理重要是要在短時間提出快速有效的應對方案。應急預案無法考慮到現實突發情況,面對危機時決策者沒有

17、充分的時間思考,因此需要決策領導人利用直覺,將直覺納入決策生成機制進行高效的決策。這種決策方式能夠節省大量認知資源,高效而準確，是對傳統的應急方案的一個很好的補充。3.2學科前景目前決策神經科學的發展依然存在一定的限制，除研究手段復雜昂貴，大數據處理整合能力有限外，還有研究成果可操作性不強等問題。但試圖通過神經科學揭示大腦在做出復雜決策時怎樣計算、如何運用知識便是有意義的嘗試。它的創新之處不僅在于為經濟學與管理學的理論建立了初步的神經學基礎，還在于發現了對決策有重要影響卻被理性決策理論低估或忽視的生理學變量。因此學科研究沿著探究人腦決策這一高級功能的道路發展，會有更多關乎大腦本質的突破發現。參

18、考文獻1PAULUS M P，ROGAI_SKY C，SIMMONS A，et a1Increased activation in the right insula during risk-taking decision making is related to harm avoidance and neuroticismJNeurolmage，2003，192SABRINA M T，GRAIG R F，CHRISTOPHER T，et a1Theneural basis of loss aversion in decision。making under risk JScience，2007，315 3Yu R J，ZHOU x LBrain potentials associated with outcome expectation and outcome evaluationJNeurore