Мозговая игра: как наш мозг принимает экономические решения

С удивлением изучение мозговой активности поддерживает принятие экономических решений, показывает новое исследование.

Новое исследование, опубликованное в Journal of Neuroscience, проливает свет на то, как человеческий мозг принимает решения, связанные с риском и вознаграждением. Исследователи записали прямую электрическую активность с нескольких областей мозга у нейрохирургических пациентов и обнаружили, что принятие решений в условиях неопределенности включает в себя широко распределенную сеть мозговых областей. Хотя разные области вносят уникальные кусочки информации, такие как риск или вероятность выигрыша, окончательный выбор возникает из скоординированной активности многих частей мозга, особенно через высокочастотные сигналы, отражающие активную обработку.

Предыдущие исследования с использованием визуализации мозга часто указывали на конкретные области, такие как орбитофронтальная кора или стриатум, как центральные для оценки вознаграждений. Однако данные из исследований на животных всё чаще предлагали более распределенный паттерн. Текущее исследование воспользовалось редкой возможностью непосредственно наблюдать за активностью человеческого мозга с высокой пространственной и временной точностью, используя данные, собранные от пациентов, перенесших нейрохирургию по поводу эпилепсии.

"В повседневной жизни мы постоянно принимаем решения, которые варьируются от тривиальных до сложных. Однако даже более легкие решения, такие как то, что поесть на обед, требуют скоординированной активности больших участков вашего мозга", - сказал автор исследования Игнасио Саэз, директор Лаборатории человеческой нейрофизиологии и доцент Медицинской школы Икана при больнице Маунт-Синай.

"Тем не менее, выяснить, как эти различные области действуют координировано для руководства решениями, было трудно, учитывая сложность в изучении биологической активности, отраженной электрической активацией, в человеческом мозге. Здесь мы стремились лучше понять нейробиологическую основу экономических решений, проводя электрофизиологические записи в нескольких областях мозга пациентов, проходящих мозговую операцию."

В исследовании участвовали 34 пациента с лекарственно-устойчивой эпилепсией, у которых были имплантированы электроды в различных частях мозга, чтобы помочь определить места происхождения судорог. Пока они находились под наблюдением после операции, участники выполнили простую задачу азартной игры. В каждом испытании они выбирали между гарантированной денежной наградой ("безопасная ставка") или более рискованной игрой с возможностью более высокой награды, но с переменной вероятностью. Вероятность выигрыша была визуально обозначена, а результаты были раскрыты вскоре после каждого выбора. Эта задача позволила исследователям изолировать процессы принятия решений, не требуя обучения или памяти.

Из начальной группы 20 пациентов имели достаточно качественных поведенческих и нейронных данных для анализа. Используя внутричерепную электроэнцефалограмму (iEEG), исследователи записали электрические сигналы с более чем 1000 электродов, размещенных в областях мозга, связанных с принятием решений, включая префронтальную кору, моторные и парадонтальные области, а также более глубокие лимбические структуры, такие как амигдала и гиппокамп. Они изучали изменения в активности мозга по диапазонам частот, от медленных колебаний (таких как дельта и тета) до высокочастотной активности (гамма и высокочастотная широкополосная активность), которые, как считается, близко отражают локальное возбуждение нейронов.

Исследователи обнаружили, что в момент раздумий - непосредственно перед тем, как человек сделает выбор - нейронная активность модулировалась по широкому диапазону частот во многих регионах. Однако самые последовательные сигналы, касающиеся фактического принятия решений, поступали от высокочастотной активности. В контексте этого более медленные мозговые волны, похоже, отражали другие процессы, такие как внимание, целеориентированность или подготовка к движению, в зависимости от их местоположения. Например, увеличение мощности тета и дельта было характерным для префронтальных и лимбических областей, потенциально сигнализируя о внутреннем размышлении или извлечении памяти, в то время как снижение бета в моторных областях, возможно, отражало планирование движения.

"В нашем исследовании мы изучали, как участники делают выбор между безопасной ставкой и рискованной игрой," - сказал Саэз. "Мы исследуем несколько аспектов этих решений, включая какие типы информации необходимо учитывать (например, насколько вероятно, что неопределенные выборы приведут к вознаграждающему результату и сколько риска они несут), а также конечный выбор (безопасная ставка или игра). В этом исследовании мы удивительно обнаружили, что эти типы информации гораздо более широко распространены, чем предполагалось ранее, многие области мозга отражают каждый из этих различных типов информации, сохраняя при этом некоторую региональную специфичность (т.е. не все области отражают все типы информации одинаково сильно). Этот баланс между региональной специфичностью и глобальной обработкой ранее не был показан в человеческом мозге во время принятия решений."

Чтобы лучше понять, как организованы мозговые сигналы, команда сгруппировала наблюдаемые области в три широкие функциональные цепи: префронтальную, фронтопариетальную и лимбическую. Каждая цепь показала отличительные паттерны активности как по частоте, так и по направлению (увеличения или уменьшения мощности), что свидетельствует о том, что разные части мозга могут поддерживать различные когнитивные компоненты процесса принятия решений.

Критически, исследователи обнаружили, что высокочастотная активность не только отслеживала результат принятия решения (безопасный или рискованный выбор), но и кодировала конкретные переменные, которые информируют выбор - такие как вероятность выигрыша и уровень риска. Эти "выборозависимые вычисления" были распределены по множеству областей мозга, но в некоторых областях отмечалось большее вовлечение в определенные аспекты. Например, орбитофронтальная кора была особенно чувствительна к риску, в то время как постцентральная извилина, область, связанная с моторной координацией, представляла, с какой стороны экрана выбрал участник.

Интересно, что сигналы, относящиеся к абстрактным переменным, таким как вероятность выигрыша и риск, появлялись раньше по времени, чем сигнал, соответствующий окончательному решению. Эта временная последовательность поддерживает идею о том, что мозг оценивает различные компоненты решения, прежде чем прийти к выбору. В то время как эти ранние вычисления были относительно локализованы, конечная активность, связанная с решением, была более широкой, проявляясь во многих областях в виде увеличенной высокочастотной активности, особенно когда участники выбирали более безопасную ставку.

Результаты исследования согласуются с растущей точкой зрения, что мозг поддерживает принятие решений не через изолированные модули, а через динамические, перекрывающиеся системы. В отличие от традиционных методов визуализации мозга, которые часто подчеркивают несколько "горячих точек", эта работа демонстрирует ценность прямых записей в раскрытии более нюансированных паттернов нейронной активности. Результаты показывают, что, хотя некоторые области могут специализироваться на обработке определенных аспектов решения, окончательный выбор возникает из конвергенции активности по всему мозгу.

"Основной вывод заключается в том, что ваш мозг становится активным, когда вы принимаете экономическое решение, от глубоких, эволюционно старых областей мозга, таких как амигдала, до более новейших областей, таких как префронтальная кора", - объяснил Саэз. "Несмотря на то, что разные области мозга в основном вовлечены в разные аспекты решения (например, орбитофронтальная кора, которая известна как вовлеченная в принятие решений, является основной областью, которая представляет риск предстоящего решения), электрическая активность во всех областях, которые мы записали, одинаково отражала характер выбора (т.е. выбор участников). Поэтому мы показали, что экономическое принятие решений - это высоко распределённый процесс, который не зависит исключительно от одной или нескольких областей мозга."

Как и в любом исследовании, есть ограничения, которые нужно учитывать. Участники были пациентами с эпилепсией, и хотя их места происхождения судорог не были связаны с задачей, их мозговая активность может отличаться в некоторых отношениях от общей популяции. Размещение электродов определялось клиническими нуждами, поэтому некоторые области мозга были выбраны более плотно, чем другие. Кроме того, хотя задача азартной игры была полезной для изоляции ключевых переменных, она не охватывает всю сложность принятия решений в реальном мире.

"Мы провели это исследование, используя хирургические вмешательства у пациентов с эпилепсией, что предоставляет уникальную возможность записывать электрофизиологическую активность из многих областей мозга с высокой временной разрешающей способностью и анатомической точностью, что в противном случае невозможно", - отметил Саэз. "Это ведет к нескольким оговоркам, наиболее важной из которых является то, что у нас не было доступа ко всем областям мозга, поскольку местоположение электродов определялось клиническими, а не исследовательскими задачами, и поэтому мы не могли исследовать вклад некоторых областей мозга в принятие решений. Кроме того, хотя мы не обнаружили поведенческих различий с контрольной группой, все участники данного исследования были пациентами с эпилепсией."

Несмотря на эти оговорки, исследование предоставляет доказательства того, что экономическое принятие решений в условиях неопределенности зависит от распределенной сети мозговых регионов. Высокочастотная нейронная активность, похоже, играет центральную роль в кодировании как вычислений, которые направляют выбор, так и самих решений. Эти выводы придают новую ясность нейрофизиологической основе человеческого выбора и подчеркивают важность изучения функции мозга на тонких временных и пространственных масштабах.

"Основные психиатрические расстройства, такие как депрессия или биполярное расстройство, характеризуются дефицитом в рисковых решениях", - объяснил Саэз. "Кроме того, новые подходы мозговой стимуляции показывают обещающие результаты для разработки нейромодулярных методов лечения. Лучше понимание нейронной основы принятия решений даст нам возможность детальнее определить, как это поведение поддерживается мозговой активностью, как это затрагивается психиатрическими расстройствами и как разработать новые нейромодулярные стратегии для их лечения."

Исследование под названием "Распределенная внутричерепная активность, лежащая в основе поведения человека при принятии решений", было выполнено Жаклин А. Овертон, Карен А. Моксон, Мэттью П. Стикл, Логан М. Питерс, Джек Дж. Лин, Эдвард Ф. Чанг, Роберт Т. Найт, Минг Хсу и Игнасио Саэз.