概率贴现和时间贴现在人脑中的分离，本文主要内容关键词为：人脑论文,概率论文,时间论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 前言 风险和时间是两个影响人们日常经济决策的重要因素。学者们对这两个因素的研究主要集中在概率贴现(probability discounting)和时间贴现(temporal discounting)。时间贴现指的是这样的情况：当人们需要在立即兑现的小金额和较晚兑现的大金额之间做出选择时，人们倾向于选择前者(Ainslie，1975)。人们倾向于将未来的收入打折扣，这种偏好就是时间贴现(Frederick，Loewenstein，& O'Donoghue，2002)。比如，让人们在今天得到100元和1个月后得到120元之间做出选择，人们更多地会选择前者。而概率贴现指的是决策者如何在不同概率的奖赏之间做出选择。研究发现在期望值相同的情况下，相比于冒险的选项，人们更偏好选择安全的选项。例如，有两个选项：(1)100％的概率获得10元；(2)50％的概率获得20元，50％的概率获得0元。大多数情况下人们更偏好于选择前者。 近年来，研究者们开始关注概率贴现和时间贴现之间的关系。一种假设认为人们将延迟的奖赏看作是一种风险的选项，因此导致人们在跨时期的选择任务中对即时兑现奖赏的偏好(Platt & Huettel，2008)。这种假设得到了一些行为研究的证实。例如，Hayden和Platt(2007)在恒河猴身上做的研究表明时间贴现可以预测概率贴现。Yi，Piedad和Bickel(2006)的研究表明时间贴现和概率贴现能够统合到一个相同的双曲线模型中。这些行为研究似乎表明概率贴现和时间贴现反映了相同的认知过程。 然而，另一些行为研究表明这两者反映了不同的认知过程。例如，延迟贴现和概率贴现有着相反的数量效应。具体来说，小的延迟贴现的奖赏比大的延迟贴现的奖赏折扣的幅度更大，而小的概率贴现的奖赏比大的概率贴现的奖赏折扣的幅度更小(Green，Myerson，& Ostaszewski，1999)。也就是说，对于延迟贴现，人们似乎对大的奖赏更感兴趣。但对于概率贴现，人们更愿意在小金额上冒险。这显示出人们在延迟贴现和概率贴现上具有的不同的风险偏好水平。 概率贴现和时间贴现过程的分离也得到了来自fMRI研究的支持。时间贴现的fMRI研究表明，背外侧前额叶和后部顶叶(Kacey & Brian，2009；McClure，Ericson，Laibson，Loewenstein，& Cohen，2007；McClure，Laibson，Loewenstein，& Cohen，2004；Weber & Huettel，2008)，腹侧纹状体，内侧前额皮层和后部扣带回(Kable & Glimcher，2007；Kacey & Brian，2009)的激活与延迟奖赏的选择有关。这些结果表明一个从额叶到顶叶的网络在支持着时间贴现过程(Xu，Liang，Wang，Li，& Jiang，2009)。而概率贴现激活的脑区包括前额皮层(Schultz，2010)，腹内侧前额叶，杏仁核，脑岛，腹侧纹状体，扣带回前部和后部，眼眶前额皮层和顶叶(Krairt，Wilsom，Arbuckle，Castellanos，& Milham，2006；Kuhnen & Knutson，2005；Li，Luo，Yan，Bergquist，& Sinha，2009；Tom，Fox，Trepel，& Poldrack，2007；Weber & Huettel，2008)。概率贴现的激活的脑区主要集中在额叶以及邻近的边缘系统。总的来说，概率贴现和时间贴现激活的脑区并不相同。 以往的行为研究并不能确定概率贴现和时间贴现是否反映了相同的认知过程。外显行为结果反映的是许多单个认知过程的综合输出，它的变化很难确定是否由其中某个特定认知过程变化引起的(Luck，2005)。而fMRI研究的证据分别由这两方面独立的研究而得到，这些研究使用不同的材料或者不同的实验范式。前人还没有在同一刺激或范式中，同时操纵概率和时间因素来直接比较这两个过程。虽然fMRI可以对认知活动进行精确的神经活动源定位，但却对认知活动过程缺乏清晰的时间定位。而ERP技术能提供一种刺激与反应之间过程的连续测量，有很高的时间分辨率(Luck，2005)。对整个认知过程进行测量和分析，更能确定两个认知活动是否反映了相同的神经机制。因此，本研究将在同一个刺激中同时操纵概率和时间因素，从时间动态的角度，对概率贴现和时间贴现过程的全时段ERP进行分析，从而揭示这两者是否反映了相同的神经机制。 在以往的ERP研究中，错误相关负波(error-related negativity，ERN)是概率贴现的重要ERP指标。ERN是一种负性的ERP成分。它最初被发现于反应时任务中，当被试做出错误反应时，就会在反应后的50～100ms出现一个负性的脑电波，这个负性脑电波被称为ERN(Falkenstein，Hohnsbein，& Hoormann，1991)。ERN在额叶前中部的电极点达到最大，源定位的研究表明它的产生源是扣带回前部和相邻的内侧额叶皮层(Carter et al.，1998；Ullsperger & von Cramon，2001)。ERN不仅产生于错误的反应中，还出现在概率贴现的研究中。以往的概率贴现的研究表明选择冒险的选项比选择安全的选项引发更大的ERN(Hewig et al.，2007；Yu & Zhou，2009)。近年来，学者们开始对时间贴现的ERP成分进行探索。如Delaney，Denny，Rawdon，Zhang和Roche(2008)研究表明，时间贴现引发了后部N1、前部P2和后部P3。而Li等人(2012)的研究发现，时间贴现的ERP成分包括前部P2、前部N3和后部P3。前人对时间贴现过程引发的ERP成分还没有一致的结论。 为了检验概率贴现和时间贴现是否具有相同的神经基础，我们修改了Smith等人(2009)的“幸运转盘任务”。在这个任务中，我们将同时操纵概率(风险vs.安全)和时间(1个月后vs.今天)这两个变量。我们将通过对整个时间段的ERP进行分析来推测概率贴现和时间贴现是否具有相同的神经机制。具体来说，我们将检验概率贴现和时间贴现效应是否出现在相同的ERP成分上(即相同的时间窗和电极点)。如果这两个效应出现在相同的ERP成分上，那么它们反映出相同的神经机制。反之，则具有不同的神经机制。同时，由于ERN效应是概率贴现的重要指标，我们将重点比较这两者是否在ERN效应上存在差异。 2 研究方法 2.1 被试 24名在校大学生(17名女性，平均年龄为22.5±1.43)通过广告招募参加了本研究。所有被试身体健康，右利手，视力或者矫正视力正常。 2.2 实验任务 在实验中，我们使用修改的“幸运转盘任务”。由于收益和损失的内在神经机制可能存在差异(Xu et al.，2009)，为了不引入新的变量，我们只关注奖赏过程，被试只完成赢钱版本。整个实验任务由6部分组成，每个部分包括80个trial。如图1中A部分所示，实验材料有4种类型(即4种圆盘)，分别为：今天&安全、今天&风险、1个月后&安全和1个月后&风险。本实验中有6种刺激，每种刺激由以上4种圆盘中的两个组成。整个实验当中刺激随机呈现，每种刺激呈现的次数相同，都为80次。 每个圆盘都被分成了大小不同的两部分，一部分涂成彩色(红色或者绿色)，另一部分为白色。彩色部分的面积大小代表得到奖赏的概率，颜色(红色或者绿色)代表奖赏兑现的时间(今天或1个月后)。具体来说，大的部分(占圆盘面积的75％)表示被试有75％的概率得到奖赏，小的部分(占圆盘面积的25％)表示被试有25％的概率得到奖赏。绿色和红色所代表的兑现时间在被试间进行了平衡，即有一半的被试所做的任务中绿色代表奖赏在今天兑现(“今天的钱”)，红色代表奖赏在1个月后兑现(“1个月后的钱”)，而另一半被试的任务中颜色代表的意思则反过来。 实验要求被试在刺激的两个圆盘中选择一个。4种圆盘选项具有相同的期望值。我们对圆盘的位置(即左和右)进行了平衡。为了增加任务的可变性，每种圆盘都有高金额(6元和2元)和低金额(3元和1元)两种组合的材料(Smith et al.，2009)。但不分开进行分析，即风险条件合并了6元和3元的材料，安全条件合并了2元和1元的材料。 本研究根据被试的选择而产生4种条件(见图1)：(1)今天安全的选项；(2)1个月后风险的选项；(3)今天风险的选项；(4)1个月后安全的选项。 2.3 实验程序 被试坐在一个电磁屏蔽的房间的电脑屏幕前约1米的地方。每个trial按以下顺序呈现：首先在电脑屏幕(背景颜色为白色)中央呈现一个注视点(红色的“+”)500ms，然后两个圆盘出现在电脑屏幕中间，直到被试做出选择才消失；随后出现一个1000ms的空屏；最后在屏幕中央呈现被试得到的奖赏结果(如“今天+1”)1000ms(见图1)。间隔500ms之后，开始下一个trial。
图1 实验刺激材料和trail 正式实验开始之前，被试先完成一个包含48个trial的练习部分。接着是6个部分的正式实验，每个部分包含80个trial。每个部分实验结束之后，电脑屏幕会呈现被试完成任务后累积的奖赏，此时被试可以进行自主休息。整个实验的完成需要约60分钟。在实验开始，每个被试被告知参与本实验会获得基本报酬20元以及实验中获得的奖赏的5％。在实验中他们获得两种奖赏，即“今天的钱”和“1个月后的钱”。为了有效地操纵时间变量，在实验开始时，我们向被试强调：“今天的钱”会在今天兑现，而“1个月后的钱”将在1个月后兑现。 2.4 EEG记录和分析 每个被试都戴上64导的Ag/AgCl电极点的电极帽。根据10-20系统来确定记录的电极点：Fp1、Fp2、F7、F3、Fz、F4、F8、FT7、FC3、FCz、FC4、FT8、T7、C3、Cz、C4、T8、TP7、CP3、CPz、CP4、TP8、P7、P3、Pz、P4、P8、O1、Oz和O2。眨眼由左眼的上下眼电来记录。所有记录的电极点以左耳乳突的电极为参考进行记录，所有电极点的阻抗保持在5kΩ以下。记录的在线宽频是0.01～70Hz，采样率为500Hz。通过眼动校正程序来校正眼动伪迹。EEG电压幅度超过±80μV的trial被剔除。EEG数据进行离线的重设参考电极，方法是将所有电极点的信号减去1/2右耳乳突的信号。对EEG信号进行0.01～30Hz的离线滤波。 对每个被试不同条件的EEG进行平均，选取被试按键反应前的400ms和反应后的600ms作为时间窗来分析反应引发的ERP，其中反应前的400ms到反应前的200ms作为基线。根据前人研究，我们分别选取FCz和Pz上的-100～50ms、50～100ms、100～150ms、150～200ms、200～350ms和350～600ms的时间窗来进行分析，采用平均波幅的方法计算波幅。其中，-100～50ms的时间窗为ERN，选取电极点FCz的ERN来进行统计分析，因为在这个电极点ERN波幅最大。 3 结果 3.1 行为结果 在本实验中，被试在基本报酬20元的基础上平均获得20元的奖赏。我们先对被试在高低金额下的4种条件下的选择次数和反应时进行比较。结果表明，高低两种金额下被试在4种条件下的选择次数(54 vs.56，95 vs.91，30 vs.32，61 vs.61)和反应时(1393.92 vs.1462.44ms，1142.13 vs.1140.25ms，1399.64 vs.1454.19ms，1305.51 vs.1201.56ms)都没有显著差异，ps＞.1。因此，我们将两种金额下的trial合并进行分析(见表1)。 对被试的反应时进行2(时间类型：今天和1个月后)×2(概率类型：风险和安全)的方差分析表明：时间类型和概率类型的交互作用不显著，F(1，23)=.29，p＞.1，
＜.01。时间类型的主效应显著，被试选择1个月后选项的反应时(1365.90±140.55ms)长于选择今天选项的反应时(1159.85±140.00ms)，F(1，23)=18.39，p＜.001，
=.05。概率类型的主效应显著，被试选择风险选项的反应时(1445.62±158.64ms)长于选择安全选项的反应时(1180.13±124.38ms)。 对被试的选择次数进行分析表明，被试选择今天选项的次数(297±35)多于选择1个月后选项的次数(183±35)，t(23)=8.06，p＜.001，
=.68。被试选择安全选项的次数(308±48)多于选择风险选项的次数(172±48)，t(23)=-7.01，p＜.001，
=.73。
3.2 ERN结果 电极点FCz上反应引发的ERP如图2的A部分所示。方差分析的结果显示概率类型的主效应显著，F(1，23)=13.49，p＜.01，
=.16，风险选项产生的ERN(-1.71±2.33μv)比安全选项产生的ERN(-.93±2.04μv)更负。时间类型的主效应(F(1，23)=3.57，p＞.05，
=.05)以及概率类型和时间类型的交互作用(F(1，23)=.01，p＞.1，
＜.01)都不显著。1个月后选项和今天选项产生的ERN差异不显著。图2的B和C部分显示的是概率贴现和时间贴现效应的ERP图以及ERN差异波的地形图。风险选项和安全选项的ERN差异波在电极点FCz附近达到最大。 3.3 其他ERP结果 接下来，我们对FCz和Pz两个电极点上所有时间窗的ERP进行分析(见表2)。除了在ERN(即FCz上-100～50ms的时间窗)上存在主效应外，概率贴现还在Pz上的100～150ms、150～200ms和200～350ms二三个时间窗上存在主效应。然而，在这3个时间窗上，都是安全选项比风险选项产生的ERP更负。时间贴现主效应只出现在200～350ms和350～600ms这两个时间窗的Pz上，都是今天选项比1个月后选项产生的ERP更负。 4 讨论 在当前的研究中，我们用ERP技术来探究概率贴现和时间贴现是否具有相同的神经机制过程。ERP结果显示，在ERN上只存在概率类型的主效应，而不存在时间类型的主效应。时间类型的主效应只出现在200～600ms的Pz上，而概率类型的主效应出现在-100～50ms的FCz以及100～350ms的Pz上。ERP结果表明概率贴现和时间贴现效应出现在不同的ERP成分上(即出现在不同的时间窗和电极点)，表明这两者反映的是不同的认知过程。 在ERP结果上，概率类型的主效应存在于-100～50ms和100～350ms这两个时间段。然而，这两个时间段的主效应却有着不同的模式：在-100～50ms，风险选项比安全选项产生的ERN更负，差异波在前中部电极点(FCz)达到最大；而在100～350ms，安全选项比风险选项产生的ERP更负，且效应出现在后部电极点(Pz)上。以往的概率贴现的ERP研究表明，风险选项比安全选项产生更大的负波，且差异波在前中部电极点达到最大。因此，在-100～50ms这个时间段上，我们的结果与前人的研究结果一致。而前人并未对概率贴现中ERN之后的ERP成分进行探讨，本研究中100～350ms时间段的结果所反映的效应有待以后的研究加以证实。
图1 反映引发的ERP图
图2 概率贴现效应的ERP图及ERN地形图
图3 时间贴现效应的ERP图及ERN地形图 应当注意到我们的ERP数据分析以-400～-200ms作为基线。当我们用-200～0ms和-300～-100ms作为基线进行分析时也得到了相同的结果模式。这表明我们的结果模式并不受所选的基线影响。
应当注意到我们的ERP数据分析以-400～-200ms作为基线。当我们用-200～0ms和-300～-100ms作为基线进行分析时也得到了相同的结果模式。这表明我们的结果模式并不受所选的基线影响。 概率贴现和时间贴现效应出现的时程是不同的。概率贴现效应最早出现在ERN上，即-100～50ms的时间窗上；而时间贴现效应从反应后200ms开始，一直持续。概率贴现效应早于时间贴现效应出现，说明概率维度的信息相比于时间维度的信息得到了优先加工。这反映出对时间信息的评估比对概率信息的评估可能更复杂。相比于概率贴现，时间贴现包含了对时间成本的考虑。时间的价值总是难以估量和预测的，而时间的不可逆性和有限性使得人们的决策过程更加复杂。因此，时间贴现效应出现的时间要晚于概率贴现。ERN是ERP的早期指标，就很难在时间贴现过程中体现出来，而能够在相对较快的概率贴现过程中体现出来。 本研究中的概率贴现效应的结果与前人研究的结果一致。Hewig等(2007)的研究结果显示ERN的波幅大小与冒险行为直接相关。Yu和Zhou(2009)的研究也发现包含大赌资的选项产生的ERN的波幅比包含小赌资的选项产生的ERN的波幅更大。ERN效应是概率贴现过程的重要指标，而这个效应在时间贴现过程中却没有出现，这从一个方面表明概率贴现和时间贴现的认知过程的分离。我们的时间贴现的ERP结果也得到前人研究结果的支持。我们发现时间贴现效应出现在后部电极Pz上200ms之后的时间窗上，而前人的ERP研究也在相应的电极点和时间段发现了时间贴现效应(Delaney et al.，2008；Li et al.，2012)。 本研究可能是第一个用ERP的方法来研究概率贴现和时间贴现效应之间的关系。我们将概率信息和时间信息统合在同一个刺激中，为探究这两者是否反映了相同的认知过程提供了直接的证据。正如前文所述，以往的研究往往集中于探讨时间贴现过程的源定位，而对该过程的加工时程和相应的ERP成分却仍不清楚。为了更好地理解时间信息如何影响人们的日常决策，以后的研究需要进一步明晰时间贴现过程的加工时程以及相应的ERP成分。 5 结论 总的来说，我们的ERP结果表明概率贴现(风险vs.安全)和时间贴现效应(1个月后vs.今天)在ERP上具有不同的模式。具体来说，ERN效应只出现在概率贴现上，没有出现在时间贴现上。概率贴现效应出现在前部电极(FCz)和后部电极(Pz)上，时间贴现效应出现在后部电极(Pz)上。概率贴现效应比时间贴现效应出现的时间更早。这些差异表明这两个过程可能包含不同的神经机制。
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