Neuron：决策前思考过程背后的神经机制
首先，必须要知道我们做出正确抉择的概率，同时也要知道选择带来预期结果的可能性，前者被称为内部概率（Internal probability），后者被称为外部概率（External probability）。
举个例子，当你得知新开了一家餐厅时，但又没有导航的情况下，你决定是否前往这家餐厅就会可能考虑到两个因素，分别是你评估自己能够驾车到达餐厅的能力（内部概率），以及餐厅营业的可能性（外部概率）。
2021年3月17日，牛津大学Wellcome综合神经影像中心Kentaro Miyamoto等人在《Neuron》上发表论文“Identification and disruption of a neural mechanism for accumulating prospective metacognitive information prior to decision-making”，发现前外侧前额叶皮层（alPFC）在人们有预期地评估内部概率来做出正确决策的过程中发挥了重要作用。
外部概率反映了这样一个事实，即在既定环境中做出选择时，无论是否付出努力，结果都可能以概率的方式传递。这是由于环境固有的不确定性导致的。相反，内部概率反映了与正确做出选择的能力相关的不确定性，这可以通过元认知过程来评估，例如自我反思和对与记忆、感知和认知表现有关的表征做出反应。
内部和外部概率估计是各个决策者持有的主观估计或信念。尽管这些概率之间存在根本差异，但人们总是直觉地期待能够比较内部概率和外部概率的估计值，且有预期地进行元认知判断。
欢迎加入
全国神经调控学术讨论群
添加小编微信
brainnews_11
-留言神经调控研究群-
本实验设计了一个两阶段任务（图2B），旨在检测内部概率的主观估计，并将其与外部概率的主观估计进行比较和对比。同时，该任务还考虑到了互补决策类型（感知决策）。
第一阶段为主任务。受试者必须在元认知判断阶段做出预期决定，决定在接下来的感知决策阶段是执行内部概率任务（左）还是外部概率任务（右）。如果受试在感知决策阶段正确分类了所选任务的运动方向（左或右），就有机会获得奖励。
第二阶段为后续任务。该任务仅由内部任务刺激下的感知判断组成，出现的刺激与元认知判断任务刺激相同。
在执行任务过程中，实验者利用功能核磁共振（fMRI）记录受试者的神经活动，并利用连续的脉冲经颅磁刺激（cTBS）破坏特定脑区的神经活动，从而了解该行为背后神经机制的特异性及普遍性。
图2 基本概念和实验设计方案
（内部概率为正确完成任务的概率，任务由运动同步点的一致性所调节；外部概率表示正确执行任务将带来奖励的可能性，奖励由包含的点数所定义）
2.预期元认知判断表现与随后的感知决策表现
从对任务的选择进行观察，发现当内部概率增加或外部概率减少时，受试者在主任务的元认知判断阶段对内部概率任务的选择增加。而当受试者选择内部概率任务的频率越高，其在后续任务中的表现水平一致性也更高。
此外，对元认知判断与随后的感知决策之间的关系进行研究。感知决策阶段内部概率任务的表现随着元认知判断阶段运动同步点一致性的提高而更好。
如果将试验分成两类，一类是外部概率比内部概率的奖励概率更高（挑战性试验），另一类则相反（必然试验）。
但是当受试者故意拒绝奖励更大的挑战性试验，选择了内部概率任务，且内部任务的点在中等连贯性水平（0.06，0.12）时，受试者的感知决策表现更好。这就表明受试者以预期性和适应性方式对他们的表现水平进行了元认知判断。
图3 预期元认知判断表现与随后的感知决策表现
3.元认知判断和知觉决策过程中的神经活动
上述行为分析中，已经证明了受试者评估内部概率和外部概率。但是，结果的某些特征（例如，挑战试验的存在）表明内部概率估计机制具有特异性，以及比较内部和外部概率的能力表现提示存在一种共同的机制。于是实验者提出了一系列假设，经过对神经成像的分析来研究内部和外部概率在大脑中的编码方式是否相似。
假设一：内部和外部概率是否共同激活了同一大脑区域？
在感知决策阶段，无论是在内部概率还是外部概率任务中，腹背侧前额叶（vmPFC）和后扣带回皮层中的活动都能够反映出与所选任务相关奖励的可能性（即做出所选动作的证据）（图4A）。
假设二：内部概率是否具有特定的神经底物？
内侧额极区（FPm）和alPFC中的活动特异地与在感知决策过程中对所选内部概率选项的评估有关（图4B）。
图4 内部概率和外部概率编码的共同底物(A)和特定底物(B)
假设三：如果存在对预期元认知至关重要的脑区，那它是否能够对已选和未选的内部概率进行编码，而与内部概率选项是否被选择无关？
在元认知判断阶段，左侧alPFC47活性受到内部概率选项的显着调节，即是当内部概率选项被选择和未被选择时alPFC47的活动都表现为增强，且在内部概率选项被选择时alPFC47活动变化更快，这与在选择内部概率选项时更快地积累相关信息的过程一致（图5）。
图5 在元认知判断中alPFC的特异性活动
另外，alPFC和FPm活动的个体差异分别与个体判断行为差异相关（图6）。对任务表现与alPFC、FPm活动进行定量分析，发现在元认知判断阶段决策的准确性与alPFC47活动之间存在相关性，而在感知决策阶段内部概率任务的准确性与FPm活动存在相关性。而alPFC46活动的个体差异与元认知判断准确性的个体差异相关，而FPm和vmPFC的活动个体差异与感知决策阶段内部概率任务表现的个体差异相关。
图6 alPFC和FPm活动的个体差异与个体行为差异相关
4.alPFC对元认知判断作用的因果关系
经由cTBS破坏alPFC47脑区的活动后，发现alPFC47刺激显着降低了在元认知决策阶段的准确性，但并未影响感知决策过程中进行内部概率任务的准确性。另外，破坏alPFC47活动会改变元认知判断过程中对内部或外部概率选项的偏好模式。
如果元认知判断发生变化，那么这将改变受试者在随后的感知决策阶段所处理的决策。当受试者在挑战性试验中选择内部概率任务，且当任务的点处于中等连贯性水平（0.06，0.12）时，对照组受试者的感知决策表现更好，然而cTBS刺激后会导致这种模式发生变化。
以上这些结果表明，alPFC47在积极利用预期元认知来优化后续决策和获得奖励方面起着至关重要的作用。
图7 cTBS破坏alPFC活动后元认知判断受损
本研究首次提出alPFC在人们进行预期元认知判断中起到的重要作用。alPFC对内部概率做出预期元认知判断时具有高度专一性，对要做出何种决定起到关键作用，且alPFC能够评估决策的执行情况。alPFC的神经活动能够预测预期元认知判断，以及alPFC神经活动的个体差异还能预测元认知判断的个体行为差异。而破坏alPFC则会改变元认知判断能力，导致受试者会去处理他们可能失败的感知决策。
编译作者：Sybil（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）