经颅磁刺激结合fMRI研究：右侧颞顶联合区与心理理论的因果论证

Hello，

这里是行上行下，我是喵君姐姐~

今天，有请多鱼给我们带来一篇有趣的文章解读。可能文章有点长，但是还请慢慢阅读，细细品味。

在竞争互动中，人们必须估计自己的行为对他人策略的影响。在该研究中，作者提供了相关因果证据证明了右颞顶叶联合区(rTPJ)和相互连接的结构主导对他人策略的神经计算。

具体来说，作者通过抑制性重复经颅磁刺激与基于计算模型的功能磁共振成像相结合，发现阻断右侧颞顶联合区的神经兴奋性降低了与心理理论相关计算的行为和神经指标，以及右侧颞顶联合区与内侧前额皮质腹侧和背侧的功能连接。

这些结果提供了一个因果证明，右侧颞顶联合区中的神经计算是理解他人策略行为的神经基础，能够通过评估和心智化网络中的系统进行交互，将对手的信念整合到战略选择中，该研究发表在Nature Neuroscience杂志上。

关键字：内侧前额叶皮层  颞顶联合区  决策  fMRI  计算模型  心理理论  经颅磁刺激

一、被试及分组

实验共招募120名18-25岁的被试，其中60人为女性。随后将被试分为两组参与竞争游戏，其中一组被试需要进行抑制性磁刺激与磁共振扫描，另一组被试只需在相邻房间中的联网电脑上进行实验。

此外为了控制磁刺激带来的额外变量，实验又将参与磁刺激的60名被试分为刺激右侧颞顶联合区的实验组以及刺激与心理理论无关的顶点部位的对照组（如下图）。

二、实验程序

实验采取具有2*2的策略空间以及不对称收益(文章未给出具体设置理由，推测是为向被试提供对方行为的初步预期）。

此外虽然双方收益不对称，但是达到纳什均衡时双方收益相等，是一个“公平”游戏的双人竞技游戏，进行磁共振扫描的被试扮演一名员工，相邻房间的被试扮演一名老板。

员工可以选择偷懒或者工作，老板可以选择检查或者不检查，双方不同的选择将导致各自不同的收益。被试共完成2个block，120次博弈（详见下图右上方收益矩阵）。

三、计算模型

实验使用层次贝叶斯方法(HierarchicalBayesian)来估计比较评估3种不同模型的参数及拟合性能，三种模型分别为强化学习模型(ReinforcementLearning)、虚拟游戏模型(Fictitious Play)、影响模型(Influence model)。

强化学习模型认为被试仅仅根据过去博弈的结果反馈更新对两种选择的结果预期，并不涉及估计他人行为的心理理论过程。

虚拟游戏模型认为被试不仅会考虑过去的博弈结果，还会通过统计对手过去的行为来预测对手接下来的行为，涉及低阶的心理理论能力。

同时这种能力被称为一阶学习(first-order learning)，对应参数为一阶学习率n (first-order learning rate)。

影响模型认为除了对过去结果与对手行为的统计外，个体还会考虑到自己过去的行为对对手决策的影响，认为对手会根据自己的行为调整其战略决策以及行为倾向，涉及高阶心理理论的能力。

同时这种高阶心理理论能力被称为二阶信念(second-order beliefs)，其参数为k。

一、模型拟合结果

通过对被试行为数据的拟合，发现无论是在实验组或者对照组，影响模型的拟合效果均为最好，并且二阶信念参数与被试的总收益高度相关，说明个体的高阶心智化能力是竞争活动中的重要能力。

二、抑制右侧颞顶联合区的神经活动影响个体高阶心理理论思维能力

在实验组和对照组的对比中，发现实验组被试战略更新速度降低，更倾向于重复过去的选择，二阶信念参数k更低，分布更为集中。

说明实验组被试较少认为自己行为会影响对手战略行为，证实右侧颞顶联合区的神经计算的确影响个体的高阶心理理论的能力。

三、背内侧前额叶皮层的神经活动与高阶心理理论能力有关

实验同时通过给定虚拟游戏模型与影响模型参数的方法来对每名被试进行拟合，发现越是依赖于影响模型的被试(即影响模型拟合结果优于虚拟游戏模型)，背内侧前额叶皮层神经活动越强，并且在两组之间不存在差异。

说明处于心理理论网络中的背内侧前额叶皮层与高阶心理理论能力的神经计算有关。

四、右侧颞顶联合区的抑制信息对心理理论网络的影响

实验首先探究了右侧颞顶联合区与心理理论网络中背内侧前额叶皮层神经活动的功能性连接，发现对右侧颞顶联合区神经活动的抑制会降低与心理理论网络其他脑区之间的神经连接性。

实验还探究了右侧颞顶联合区的神经抑制对心理理论网络的影响，发现在对照组中腹内侧前额叶皮层存在对预期更新的显著激活，而在实验组中没有发现显著激活。

进一步分析发现，磁刺激的抑制信息降低了右侧颞顶联合区与腹内侧前额叶皮层更新预期编码的部分脑区的功能性连接。

说明抑制刺激破坏了腹内侧前额叶皮层的部分功能连接，这些连接与更新预期的编码相关，干扰了二阶信念与价值计算的整合。

五、行为差异和神经活动的关系

研究最后讨论了两组被试行为中二阶信念的差异与神经活动的关系，发现右侧颞顶联合区与腹内侧前额叶皮层的功能性连接降低阻碍了个体的二阶信念能力。

实验探讨了外部抑制刺激对右侧颞顶联合区与心理理论网络脑区的功能性连接，结果表明，抑制刺激干扰了右侧颞顶联合区的神经影响计算，导致对自身行为对他人影响的优化整合能力不足。

此外，实验结果支持建立一个综合的社会选择模型，其中右侧颞顶联合区和背内侧前额叶皮层提供高阶心理理论能力的神经计算，为腹内侧前额叶皮层中的预期更新提供了关键信息。

同时，实验证实了TMS-fMRI研究的优势：

第一，可以直接验证计算模型参数与大脑神经活动的关系；

第二，可以通过局部的干扰探究信号的传递以及对其他脑区的神经表征影响。

今天，初步解析了经颅磁刺激结合fMRI研究：右侧颞顶联合区与心理理论的因果论证的研究。

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参考文献：Christopher A Hill, Shinsuke Suzuki, RafaelPolania, Marius Moisa, John P O’Doherty & Christian C Ruff  (2017). A causal account of the brain networkcomputations underlying strategic social behavior. Nature Neuroscience, 20(8),1142-1149. 

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