人類腹内側前額葉皮質の親社会的動機に対する必要性

研究背景および動機

腹内側前額葉皮質（ventromedial prefrontal cortex、vmpfc）は、意思決定の過程で極めて重要な役割を果たしています。機能的神経画像研究は、vmpfcが報酬と努力の処理において重要な役割を果たし、親社会的行動とも関連していることを示しています。しかし、vmpfcがこれらの機能において不可欠であるかどうかは未知のままです。多くのvmpfcに関する病巣研究は症例研究または10人未満の患者のグループ研究に留まっており、社会行動、努力、報酬処理における個体の典型的な変異性を考慮すると、信頼性のある結論を得るためには大きなサンプルサイズが重要です。したがって、本研究は、まれに発生する焦点vmpfc病巣患者（n=25）、他部位の病巣患者（n=15）、および健康対照群（n=40）を比較することで、vmpfcが親社会行動において因果的な役割を果たすかを探求することを目的としています。

論文の出典

この研究論文はPatricia L. Lockwood、Jo Cutler、Daniel Drew、Ayat Abdurahman、Deva Sanjeeva Jeyaretna、Matthew A. J. Apps、Masud Husain、Sanjay G. Manoharらの学者により共同執筆されており、彼らはバーミンガム大学心理学部人間脳健康センター、心理健康研究所、オックスフォード大学実験心理学部、ケンブリッジ大学心理学部、オックスフォード大学臨床神経科学部、John Radcliffe病院神経科に所属しています。論文は2024年に『Nature Human Behaviour』誌に掲載されました。

研究プロセスの詳細

研究デザイン

本研究は努力意思決定に基づくタスクを採用し、努力と報酬を操作することで、25名のvmpfc病巣患者と2つの対照群（他の病巣患者および健康対照群）を比較しました。各参加者は実験ごとに休憩を取るか、努力して報酬を得るかを選択し、その報酬は自己のため、または他の匿名の参加者のため（すなわち親社会的条件）になる可能性があります。計算神経学的方法を用いて、この研究は努力と報酬が選択に統合される過程を精密に量化するために、複数の計算モデルを適合させました。

実験のステップ

1. 参加者の選択：合計80名の参加者をvmpfc病巣群、他の病巣群、および健康対照群に分けました。すべての参加者は、タスク開始前に神経科医による評価を受けました。
2. タスクデザイン：参加者は携帯型力計を用いて身体的なテストを行い、最大随意収縮力（MVC）を測定し、各試行において休憩するか働くかを選択します。働く選択肢は、様々な程度の努力（30%-70％MVC）を必要とし、異なる報酬（2-10ポイント）を得ることができます。
3. 親社会的条件：試行は2つの条件に分かれます：自己利益（報酬は参加者自身のため）と他人利益（報酬は他の匿名の参加者のため）。各参加者は75回の交互試行（各条件75回）を完了し、3つのブロックに分かれており、各ブロック間に1分間の休憩時間があります。
4. 計算モデリング：研究は多種類のモデルを用いて参加者の選択行動を適合させ、努力の割引（κパラメータ）および意思決定の一貫性（βパラメータ）を精密に量化し、異なるモデルの適合度を比較しました。

データ処理および分析

データの分析には一般化線形混合効果モデル（GLMM）を用い、vmpfc損傷が親社会行動、努力、および報酬処理に及ぼす影響を評価しました。また、体積病巣症状マッピング（VLSM）分析を通じて、親社会行動、努力、および報酬処理における特定のvmpfcサブリージョンの役割を明らかにしました。

研究結果

vmpfc損傷が親社会行動を減少させる

対照群と比較して、vmpfc病巣患者は他者を助ける際により少ない親社会行動を示しました。この結果は複数の行動および計算パラメータで検証されました。具体的には、他者が利益を得る場合において、vmpfc病巣患者が得たポイントが少なく、働く意欲が低く、加えた力も少ないという結果が得られました。VLSM分析はさらに、vmpfc内の異なるサブリージョンが親社会行動に異なる影響を与えることを明らかにし、内側vmpfc損傷が反社会的行動と関連し、外側vmpfc損傷が相対的に親社会的行動を増加させました。

努力と報酬に対する感受性

vmpfc損傷は参加者の努力に対する感受性を減少させましたが、報酬に対する感受性は特定のサブリージョンに限定されました。具体的には、vmpfc病巣患者は低努力条件で働く意欲が健康対照群よりも著しく低いが、高努力条件では選択に顕著な差異は見られませんでした。さらに、VLSM分析は、努力および報酬処理に関与する領域が親社会行動に関与する領域と部分的に重複することを示しましたが、独立した特定領域も存在します。

計算モデル分析

計算モデル分析により、2κ2β抛物線モデルが参加者の選択行動を最もうまく説明することが判明しました。このモデルは、vmpfc損傷が親社会的報酬の割引を増加させることを示し、即ちvmpfc病巣患者は他者報酬の割引が高く、自分自身の報酬の割引には顕著な変化がありませんでした。

結論および意義

本研究は大規模サンプルサイズと多様な方法の結合を通じて、vmpfcが親社会行動、努力、および報酬処理における複数の因果的役割の証拠を提供しました。研究結果は、vmpfcの異なるサブリージョンが親社会行動に異なる影響を及ぼすことを示しており、内側vmpfc損傷が反社会的行動と関連し、外側vmpfc損傷が相対的に親社会的行動を増加させることを示しています。これらの発見は、意思決定過程におけるvmpfcの基本的な機能の理解に重要な意義を持ち、臨床介入に新しい視点を提供します。将来の研究では、異なるサブリージョンが社会行動、努力、および報酬処理に及ぼす具体的な機能と、これらの領域が他の脳領域と協調して働くかをさらに探求することができます。

研究のハイライト

1. 大規模サンプルサイズ：従来の症例研究や小グループ研究に比べて、本研究のサンプルサイズが大きく、結果の信頼性が向上しました。
2. 多様な方法の結合：行動分析、計算モデリング、およびVLSM分析を組み合わせることで、vmpfcの親社会行動における役割を総合的に解明しました。
3. サブリージョンの違い：初めてvmpfcの異なるサブリージョンが親社会行動に及ぼす異なる役割を明確にし、今後の研究に新たな方向性を提供しました。

本研究はvmpfcが親社会行動において果たす役割の理解を深化させると同時に、臨床実践に重要な参考情報を提供し、神経科学分野のさらなる発展を促進します。