风险感知的神经计算机制研究

It is vital for animal to make proper choice based on the correct perception of the risk in the risky real world. The risk correlated neural activity has been extensively obsevered in experiments, such as the phasic activity in Substantia Nigra Pars Compacta(SNpc) and Lateral Habenula(LHb),inverse U shape activity in Orbital prefrontal cortex(OFC) and ventral striatum. However, little is known what kind of neural computation is carried out during the risk perception. To investigate the neural computation during the risk perceiving and mechanism underlying the risk perception, the project will construct a neural circuit model according to the experimental and the anatomic data. The project will solve three problems: 1) The neural computation of phasic activity in SNpc and LHb when the unconditional stimulus differs from what the conditional stimulus represents; 2) The learning mechanism underlying the risk signal in SNpc and LHb responding to the risky conditional stimulus, which is driven by the phasic activity; 3) The dynamic process that OFC neurons can respond to risky conditional stimulus.

在充满风险的现实世界中，准确感知风险是做出恰当选择、获得生存优势的前提。风险感知依靠特定的神经基础，脑成像和电生理实验发现特定区域的神经活动和风险密切相关，例如眶额叶皮层、负责奖惩的中脑基底核、外侧缰核等区域对条件刺激关联的风险特征做出响应。本项目将以实验结果和参与风险决策的皮层-基底核-丘脑-皮层神经环路的解剖结构为基础，建立神经元环路模型，研究神经系统在风险感知过程中执行的神经计算及其动力学机制，具体内容包括：1）在非条件刺激偏离条件刺激提示回报的情况下，多巴胺神经元和外侧缰核神经元产生时相性放电活动的动力学机制；2）在风险环境中，时相性放电活动驱动多巴胺系统和外侧缰核神经元对条件刺激关联的风险特征做出响应的神经计算机制；3）在时相性放电的反复作用下，眶额叶皮层神经元对条件刺激关联的风险特征做出响应的动力学机制。

感知风险并根据风险做出决策是神经系统重要的认知功能。风险感知最终通过决策来体现，因此，本项目围绕风险感知中的神经计算机制和知觉决策的动力学机制展开研究工作。. 知觉决策动力学机制研究。1）通过平均场近似建立微分积分方程，揭示多选项知觉决策的数学结构和动力学机制。再现了决策时间服从韦布分布律，错误选择所花的时间比正确选择所花时间要长，以及决策的心理计量曲线等实验观察结果；非线性动力学分析揭示了知觉决策系统的数学结构以及该结构对决策行为特征的决定。2）根据皮层回路结构，设计放电神经元回路模型，包括负责时间编码和决策的网络，决策网络接受接收逐渐增强的来自时间编码网络的输入信号并选择性地接收外界刺激，模拟被试在不同时间要求下的决策行为。模型再现了速度-正确率替代效应，非线性动力学分析显示与决策相关的调控信号改变决策网络的数学结构，特别是不稳定定态和连接这些定态的不变流形，导致决策速度越快正确率越低。. 风险感知过程中多巴胺神经元和外侧僵核神经元的时相性活动机制研究。本项目建立包括多巴胺神经元的基底核和外侧僵核的神经回路，再现了基底核神经元和外侧僵核神经元对预期到和没有预期到的结果的时相性活动。模型显示多条并行的神经回路控制神经元的响应并产生时相性活动。包含纹状体、脑桥脚的兴奋性通路和通过纹状小体的抑制性通路的共同控制了多巴胺神经元对外界刺激的响应；通过纹状体，苍白球边缘的抑制性通路和通过纹状小体的兴奋性通路控制了外侧僵核对外界刺激的响应。这些通路还导致基底核其他神经核团的时相性活动，例如RMTg等。. 对风险的态度是决策的重要变量，但是对风险的态度是在多次决策的过程中产生的。本项目基于对多巴胺神经元和外侧僵核神经元对非预期结果的时相性响应，采用价值评估和选择两阶段模型，研究了风险态度的形成机制。模型表明在价值评估阶段对意外奖励的敏感性和对意外损失的敏感性的相对关系对最终的风险态度具有重要作用。模型还预言了一种混合风险态度：喜好小的风险但厌恶大的风险。