2021年3月5日，Journal of Neuroscience在線刊發了beat365官方网站及麥戈文腦科學研究所周曉林教授課題組題為”Computational and neurobiological substrates of cost-benefit integration in altruistic helping decision”的研究論文。該研究結合計算模型與功能磁共振成像技術，揭示了個體在做出利他幫助行為決策時大腦如何對利他行為所需付出的代價和所帶來的收益進行計算整合；該研究為解釋在不同個體之間利他行為存在巨大差異的原因提供了重要的神經科學證據。

利他行為是指一系列個體通過犧牲自身利益或付出一定代價來提高他人（個人或群體）福利的行為，常見的利他行為包括幫助行為、合作行為、資源分享、慈善捐贈和志願活動等。利他行為在人類社會中普遍存在；但不管是在現實生活中還是在實驗室環境下，人們并不總是願意伸出援手幫助他人。因此，人們如何衡量利弊、做出是否幫助他人的決策，以及利他行為為何在個體之間存在如此巨大的差異，一直以來都是困擾我們的問題。

以往研究主要從兩方面探讨了利他行為産生的機制。一方面，共情-利他假說認為他人的不幸遭遇會誘發個體的共情反應，具有更強的共情特質的個體會更願意做出利他行為幫助他人擺脫困境。另一方面，代價-獎賞模型認為，人們會仔細權衡利他行為所需付出的代價和将會獲得的收益，進而做出是否幫助他人的選擇。然而，由于以往研究缺乏定量分析，我們仍然不清楚人們在做出利他決策的過程中如何權衡利自我利益與他人利益，這一計算過程如何在大腦中實現，以及代價-收益計算的過程是否以及如何受到個體人格特質（例如共情特質）的影響。

在本研究中，周曉林教授課題組采用課題組首創的人際幫助實驗範式（圖1），結合計算模型和功能磁共振成像（fMRI）技術對以上問題進行了探讨。在每一輪的人際幫助任務中，受試者會與一位匿名參與者配對成為搭檔；這位匿名搭檔将接受一個會引起生理痛苦的噪聲刺激。受試者則可以選擇是否捐出一定數額的金錢幫助這位搭檔免于接受相應的噪聲刺激。研究者通過操縱噪聲刺激的強弱（由弱到強共10個等級）量化匿名搭檔接受幫助後的獲益大小。當噪聲刺激較弱時，利他行為産生的獲益較小；而當噪聲刺激較強時，利他行為産生的獲益較大。受試者願意捐出的金錢數額則被作為測量個體利他行為的指标。在fMRI實驗中，研究者參數化地操縱了每一輪任務中搭檔将接受的噪聲刺激強度（即幫助行為的獲益大小）及受試者将捐出的金錢數額（即幫助行為的代價）。

圖1. 實驗流程

計算模型的分析結果表明，人們會将幫助行為的代價和獲益大小進行非線性的整合。這意味着當獲益越大時，個體願意付出的代價将非線性地提高。這一結果擴展了以往研究中對利他行為的線性計算假設，并證實了非線性計算對刻畫和解釋個體利他行為的重要性。神經成像的結果則表明背側前扣帶皮層（dACC）與右側下頂葉（rIPL）共同表征了利他行為的代價大小和獲益大小，雙側背側前腦島/下額回（daINS/IFG）隻參與了代價大小的表征（圖2）。

圖2. 背側前扣帶皮層（dACC，A）與右側下頂葉（rIPL，B）共同表征代價大小和獲益大小，雙側背側前腦島（daINS/IFG，C）表征代價大小。

為了進一步解釋利他行為在不同個體之間存在巨大差異的原因，研究者進行了中介分析和被試間表征相似性分析（IS-RSA）。中介分析表明，更強的共情特質确實會提高個體在利他幫助任務中對他人獲益的計算權重，并且這一效應受到了腹側前腦島/中腦島（vaINS/mINS）的完全中介（圖3）。IS-RSA的結果則表明，在vaINS/mINS和背外側前額葉（DLPFC）具有更高表征相似性的個體會表現出更加相似的利他傾向。這些結果共同表明vaINS/mINS和daINS/IFG作為腦島中臨近卻不同的兩個亞腦區參與了利他決策過程中不同的子加工過程。

圖3. 腹側前腦島/中腦島（vaINS/mINS）完全中介個體共情特質對利他偏好的影響。

綜上所述，本研究揭示了人類利他行為背後的代價-收益權衡過程的計算神經機制，強調了代價-收益非線性整合對理解利他行為的重要性，并且為理解利他行為以及其它涉及多重動機的複雜社會行為的個體差異的機制提供了全新的視角。

周曉林教授課題組已畢業博士研究生胡捷為論文的第一作者，博士後胡楊和博士研究生李悅對本研究也做出了重要的貢獻。本研究得到了國家自然科學基金重點項目的資助，胡捷博士（現為蘇黎世大學經濟學系博士後）也得到了歐洲研究委員會（ERC）歐盟Horizon 2020研究與創新計劃的資助。

2021-03-06