大鼠在期望值相等条件下基于风险的决策中外侧眶额皮层和内侧前额叶皮层的可分离作用

《Behavioural Brain Research》：Dissociable roles of lateral orbitofrontal and medial prefrontal cortex in risk-based decision-making under equal expected value in rats

　　

摘要

前额叶皮层（PFC）在不确定性下的决策中起着关键作用。尽管先前的研究表明，PFC 亚区通过操纵奖励概率的任务影响风险选择，但它们在不同风险水平下的决策中的贡献，独立于期望值之外，仍不清楚。在本研究中，我们检查了外侧眶额皮层（lOFC）和内侧前额叶皮层（mPFC）的兴奋性毒性损伤对雄性大鼠新型 T 型迷宫风险选择任务的影响。在该任务中，选择选项的期望值保持恒定，而结果方差通过使用三种对应于低、中、高风险水平的奖励比例进行操纵。对照大鼠在不同风险水平下发展出不同的选择模式，在低风险下表现出风险偏好行为，在高风险下表现出风险规避行为。lOFC 和 mPFC 损伤差异化地调节了依赖于风险的选择的获得，其中 lOFC 损伤在低风险条件下影响更为显著。微观结构分析显示，lOFC 损伤改变了对负反馈的敏感性，表现为输后坚持反应减少和输后改变反应增加。计算建模进一步表明，lOFC 功能与奖励学习和选择坚持性相关，而 mPFC 功能与从奖励和惩罚结果中学习相关。综上所述，这些结果证明了 lOFC 和 mPFC 在依赖于风险的决策中具有可分离的作用。具体而言，lOFC 在低风险条件下稳定选择行为方面起着关键作用，可能是通过调节对负反馈的选择坚持性，这一功能可能有助于依赖于风险的选择过程中的结果变异性处理。

引言

生命本质上对动物（包括人类）是不确定的，决策往往是在这种条件下做出的 [3], [31], [55]。在这种情况下，个体旨在通过他们的选择最大化期望收益，尽管结果可能在奖励性和非奖励性之间变化。不确定性下的决策涉及期望奖励和风险。行为的期望值通常定义为结果幅度和其发生概率的乘积，而风险可以正式定义为已知概率分布的方差 [41]。尽管开发了许多啮齿动物范式来调查风险相关决策的神经行为机制 [2], [28], [61], [64]，但大多数研究操纵奖励概率，因此没有分离出风险本身。为了解决这一局限性，我们之前开发了一种 T 型迷宫任务，在该任务中期望值保持恒定，而结果方差被系统操纵 [62], [63]。在该任务中，动物在确定的小奖励和更大但概率性的奖励之间进行选择，奖励比例安排为代表不同风险水平，同时保持选项之间相等的期望值。这种设计使得能够评估由风险（即结果变异性）而非期望奖励差异驱动的选择行为 [59], [64]。尽管取得了这些进展，但在本 T 型迷宫任务中检查的、在相等期望值下不同风险水平的决策的潜在神经机制仍 largely 未知。

前额叶皮层（PFC）关键地参与不确定性下的决策，如神经影像和神经生理学研究所表明 [44], [46], [47], [48], [5]。特别是，眶额皮层（OFC）被暗示参与跨物种编码结果变异性以及与风险相关的信息，包括人类 [43]、非人类灵长类动物 [26], [27], [46] 和啮齿动物 [39]。更近期的观点进一步表明，OFC 通过整合奖励相关信息（包括价值表征和情感信号）来指导行为，从而支持适应性决策 [18], [40]。相比之下，内侧前额叶皮层（mPFC）更常与在基于价值的决策期间整合奖励幅度和概率相关 [20]。然而，其在处理独立于期望值的风险中的作用尚未被直接检查。重要的是，这引发了一个问题，即在前额叶亚区如何在期望值保持恒定的条件下贡献于不同风险水平的决策。

本研究旨在使用上述 T 型迷宫任务，检查训练前 lOFC 和 mPFC 兴奋性毒性损伤对依赖于风险的选择的影响。鉴于 PFC 亚区的功能异质性，我们假设 lOFC 和 mPFC 损伤会差异化地影响在不同风险水平下选择行为的获得。尽管常规行为测量提供了关于风险偏好（例如，风险偏好或风险规避选择）的重要信息，但这种结果可能反映了多个潜在过程，包括在获胜试验后从奖励中学习、在失败试验后从非奖励中学习以及在二元选择期间的探索倾向。为了进一步表征这些过程，我们进行了选择行为的逐试分析，并应用了基于强化学习框架的计算建模 [12], [38], [54]。为了提供行为的原则性解释，我们专注于具有可解释参数（例如，学习率和选择坚持性）的简约强化学习模型集合，鉴于在相等期望值条件下缺乏已建立的依赖于风险的选择建模框架。这种方法使我们能够表征由损伤引起的行为变化如何映射到不同的学习和决策成分。

章节摘要

受试者

雄性 Wistar 大鼠（台湾百乐思有限公司），到达时体重 276-300 克，成对饲养，并允许在其 home 笼中适应 14 天，食物和水自由摄取ad libitum。然后大鼠维持在食物限制方案下，在每日实验会话结束后不早于 30 分钟在其 home 笼中接收约 15 克标准实验室饲料。监测大鼠并保持其体重为限制前体重的 85%。水是

lOFC 和 mPFC 损伤的组织学检查

图 1 显示了 lOFC 和 mPFC 损伤的代表性显微照片和示意重建图。结晶紫染色切片确认了红藻氨酸诱导的损伤局限于预期的 lOFC 和 mPFC 区域。在 lOFC 损伤大鼠中，损伤区域未延伸至该脑区的内侧亚区。lOFC 损伤区域位于前囟点前方 4.20 毫米至 3.24 毫米处。关于 mPFC 损伤，损伤区域出现在

讨论

探索 PFC 亚区在依赖于风险的决策中的作用对于理解额叶的功能异质性及其与神经精神疾病的相关性至关重要 [19]。使用一种新型 T 型迷宫任务，在该任务中期望值保持恒定而结果方差被操纵，本研究证明了在不同风险水平下获得不同的选择行为模式，并且受到 lOFC 和 mPFC 损伤的差异化影响。

伦理声明

本研究是按照以下动物福利和/或报告指南进行的：《实验动物护理和使用指南》：第八版。本研究获得淡江大学机构动物护理和使用委员会批准。（批准号 no. 98-1）

未引用参考文献

O'Neill, Schultz [25], [33], [66]

CRediT 作者贡献声明

陈志义: 软件，方法论，调查，形式分析。陈硕夫: 写作 – 初稿，项目管理，方法论，形式分析，数据整理。杨怡华: 写作 – 初稿，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。杨立祥: 写作 – 初稿，验证，软件，方法论，调查，形式分析。廖瑞明: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，验证，监督，

竞争利益声明

作者声明以下可能被视为潜在竞争利益的经济利益/个人关系：廖瑞明报告由科技部提供。如果有其他作者，他们声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

本研究部分得到了来自台湾科技部的资助支持（NSC 99-2410-H-004-090-MY2, MOST 107-2410-H-004-109-MY3, MOST 107-2420-H-004-019, MOST 108-2420-H-004-013, and MOST 109-2420-H-004-021；均致 R-M L）。我们感谢杨振豪博士和江风桂博士为本研究的实验设计和统计分析提供专业咨询。

利益冲突

作者声明无利益冲突。

作者贡献

Y-H Y 和 R-M L 设计研究；Y-H Y 和 S-F C

杨怡华 | 陈志义 | 陈硕夫 | 杨立祥 | 廖瑞明

淡江大学神经科学研究所，台北，台湾