人类腹内侧前额叶皮层在亲社会动机中的必要性
人类腹内侧前额叶皮层对亲社会动机的必要性
研究背景及动机
腹内侧前额叶皮层（ventromedial prefrontal cortex，vmpfc）在决策过程中扮演着至关重要的角色。功能性神经影像学研究表明，vmpfc在处理奖励和努力方面起着关键作用，同时也与亲社会行为相关。然而，vmpfc是否在这些功能中必不可少，仍然是未知的。许多关于vmpfc的病灶研究多为个案研究或包含少于十名患者的小组研究，考虑到个体在社会行为、努力和奖励处理方面的典型变异性，较大的样本量对于得出可靠的结论至关重要。因此，本研究旨在通过比较具有罕见焦点vmpfc病灶的患者（n=25）、其他部位病灶的患者（n=15）和健康对照组（n=40），探讨vmpfc在亲社会行为中的因果作用。
论文来源
这篇研究论文由Patricia L. Lockwood、Jo Cutler、Daniel Drew、Ayat Abdurahman、Deva Sanjeeva Jeyaretna、Matthew A. J. Apps、Masud Husain和Sanjay G. Manohar等学者共同撰写，分别来自伯明翰大学心理学院人类大脑健康中心、心理健康研究所、牛津大学实验心理学系、剑桥大学心理学系、牛津大学临床神经科学系和John Radcliffe医院神经科。该论文于2024年在《Nature Human Behaviour》期刊上发表。
研究流程详解
研究设计
本研究采用了一项基于努力决策的任务，通过操控努力和奖励，比较25名vmpfc病灶患者与两个对照组（其他病灶患者和健康对照组）在亲社会行为中的表现。每个参与者在每次试验中选择休息或接受努力工作，以获取奖励，这些奖励可能是为了自己或另一名匿名参与者（即亲社会条件）。通过使用计算神经学的方法，本研究拟合了多个计算模型，以精确量化努力和奖励在选择中的整合。
实验步骤
- 参与者选择：总共包含80名参与者，分为vmpfc病灶组、其他病灶组和健康对照组。所有参与者在任务开始前接受了一名神经科医生的评估。
- 任务设计：参与者通过手持测力计进行体力测试，测量其最大自主收缩力（MVC），并在每次试验中选择是休息还是工作。工作选项需要不同程度的努力（30%-70% MVC），以获得不同的奖励（2-10积分）。
- 亲社会条件：试验分为两种条件：自我受益（奖励为参与者自己）和他人受益（奖励为另一名匿名参与者）。每名参与者完成75次交错试验（每种条件各75次），分为三个区块，每个区块之间有一分钟的休息时间。
- 计算建模：研究通过多种模型拟合参与者的选择行为，以精确量化努力折扣（κ参数）和决策一致性（β参数），并比较不同模型的拟合优度。
数据处理及分析
使用广义线性混合效应模型（GLMM）对数据进行分析，评估vmpfc损伤对亲社会行为、努力和奖励处理的影响。通过体素病灶症状映射（VLSM）分析，揭示特定vmpfc子区域在亲社会行为、努力和奖励处理中的作用。
研究结果
vmpfc损伤减少亲社会行为
与对照组相比，vmpfc病灶患者在帮助他人时表现出较少的亲社会行为。这一结果在多个行为和计算参数中得到了验证。具体表现为，当他人受益时，vmpfc病灶患者赚取的积分更少，选择工作的意愿更低，并且施加的力量也较小。VLSM分析进一步揭示，vmpfc内不同子区域对亲社会行为有不同的影响，其中，内侧vmpfc损伤与反社会行为相关，而外侧vmpfc损伤则相对增加了亲社会行为。
努力和奖励敏感性
vmpfc损伤还减少了参与者对努力的敏感性，但对奖励的敏感性仅限于特定子区域。具体而言，vmpfc病灶患者在低努力条件下选择工作的意愿显著低于健康对照组，但在高努力条件下的选择差异不显著。此外，VLSM分析显示，涉及努力和奖励处理的区域与亲社会行为区域有部分重叠，但也存在独立的特定区域。
计算模型分析
通过计算模型分析发现，2κ2β抛物线模型最能解释参与者的选择行为。该模型表明，vmpfc损伤增加了亲社会奖励的折扣，即vmpfc病灶患者对他人奖励的折扣更高，而对自我奖励的折扣无显著变化。
结论及意义
本研究通过大样本量和多种方法的结合，提供了vmpfc在亲社会行为、努力和奖励处理中的多重因果作用的证据。研究结果表明，vmpfc不同子区域在亲社会行为中的作用不同，其中内侧vmpfc损伤与反社会行为相关，而外侧vmpfc损伤则相对增加了亲社会行为。这些发现对理解vmpfc在决策过程中的基本功能具有重要意义，同时也为临床干预提供了新的思路。未来的研究可以进一步探索不同子区域在社会行为、努力和奖励处理中的具体功能，以及这些区域与其他脑区的协同作用。
研究亮点
- 大样本量：相比以往的个案研究和小组研究，本研究样本量较大，增加了结果的可靠性。
- 多重方法结合：结合行为分析、计算建模和VLSM分析，全面揭示了vmpfc在亲社会行为中的作用。
- 子区域差异：首次明确了vmpfc不同子区域在亲社会行为中的不同作用，为未来的研究提供了新的方向。
本研究不仅深化了我们对vmpfc在亲社会行为中的理解，还为临床实践提供了重要的参考，推动了神经科学领域的进一步发展。