伏隔核－前额叶皮层神经环路对努力成本的编码和整合机理

In economic choice, a chooser weighs the costs and benefits for each alternative and chooses the one that maximizes the net payoff. Behaviors like this suggest the presence of a brain mechanism that integrates value attributes concerning effort costs and gains, which allows for the evaluation of multiple alternatives along a common utility scale. Investigating the neural mechanism of effort encoding will not only help us further understand the neural basis of multi value attributes integration but also shed light on the pathology and treatment of neurological and psychological diseases related to the processing of effort cost. Current studies targeting encoding and integration of effort cost suffer from several pitfalls: (1) lack of quantitative measure of subjective effort cost; (2) not being able to distinguish whether the encoding of effort was during choice process or effort execution; (3) focusing on a single brain area. We will tackles these issues through innovative experimental design and approach: Using awake behaving monkeys and an economic choice paradigm, we will study how the neural circuit involving prefrontal cortex encodes and integrates effort cost.

经济抉择是一个在成本和收益之间做出权衡以实现净收益最大化的过程。这样的行为模式反映大脑中存在着将努力成本与收益相整合的神经机理。对这一神经机理的研究将帮助我们更深入的了解大脑在经济抉择过程中如何整合多重价值元素并且可以以此为理论框架探讨与努力成本相关的神经与精神疾病的发病和治疗机理。目前针对努力成本编码和整合的研究存在几大缺陷:(1)缺少对努力成本的主观代价的量化;(2)无法区分特定脑区对努力成本的编码是在抉择过程还是抉择后努力成本的执行过程;(3)仅针对单一脑区。本项目将提出有效的实验范式和新的思路展开研究:采用自由选择的经济权衡任务量化努力成本的主观代价；同时运用电生理手段，阐明前额叶皮层神经环路在经济抉择中对于努力成本的编码和整合机理。

经济抉择是一个在成本和收益之间做出权衡以实现净收益最大化的过程。这样的行为模式反映大脑中存在着将努力成本与收益相整合的神经机理。 之前针对努力成本编码和整合的研究存在几大缺陷:(1)缺少对努力成本的主观代价的量化;(2)无法区分特定脑区对努力成本的编码是在抉择过程还是抉择后努力成本的执行过程;(3)仅针对单一脑区。本项目提出了有效的实验范式和新的思路展开研究。我们以非人灵长类动物为研究对象采用自由选择的经济权衡任务量化努力成本的主观代价；将抉择过程和努力成本的执行过程分离；同时运用电生理手段，记录眶前额叶皮层和前扣带回等对主观价值编码有重要贡献的前额叶脑区。行为层面，我们发现猕猴的抉择行为反映出奖赏和努力成本的权衡。脑机制层面，我们发现眶前额叶皮层的神经元在努力成本执行前在商品和努力成本两个参照系同时编码选项的主观价值，因而将奖赏和努力成本进行了整合，并且这样的整合由同一群神经元完成。而前扣带回的神经元在努力成本执行前仅编码被选项的奖赏部分，进而在努力成本的执行过程中编码被选项的努力成本。该结果显示眶前额叶皮层的神经元在抉择前整合带选项的奖赏和努力成本，编码主观价值，从而可以指导抉择过程。前扣带回的神经元则仅编码抉择后被选项的奖赏和努力成本，其功能可能是基于选择所得结果的奖赏和努力成本驱动下游脑区形成合适的运动方案。这一系列神经机理的发现让我们更深入的了解大脑在经济抉择过程中如何整合多重价值元素并且为探讨与努力成本相关的神经与精神疾病的发病和治疗机理提供了理论框架。