Neural foundations of risk processing and decision making under risk in young adulthood and old age

Abstract

In our everyday life we often have to make decisions with uncertain consequences, for instance in the context of retirement savings. Although these decisions can have important consequences (i.e., they can have an effect on our living standard in old age) it is still not fully understood how individuals process risk and how they make decisions under risk. In the context of this dissertation I have investigated three main questions all related to the topic risky decision making, namely (a) how neural processing of risk is influenced by emotions, context, and potential losses, (b) how individuals value choice options with continuous outcome distributions, and (c) how age-related changes in economic decision making are related to neurobiological changes during the adult life span. By showing in Project I that risk is consistently represented in the anterior insula, a brain region known to process aversive emotions like anxiety, disappointment, or regret, I provide evidence that risk processing is influenced by emotions. Further, the results show risk-related activity in the dorsolateral prefrontal cortex and the parietal cortex in choice situations but not in situations were no choice is involved or a choice has already been made. The anterior insula was predominantly active in the presence of potential losses, indicating that potential losses modulate risk processing. The results thus provide evidence that neural processing of risk is influenced by emotions, context, and potential losses. In Project II I can show that risk-return models can explain choices behaviorally and that the components of risk-return models (value, risk, and risk attitude) are represented in the brain during choices. Most importantly, the observed correlation between risk and brain activity in the anterior insula during choices supports risk-return models more than utility- based models in the case of continuous outcome distributions because risk is an explicit component of risk-return models but not of the utility-based models. In Project III I identify the dopaminergic and serotoninergic brain systems as key neurotransmitter systems involved in economic behavior. Both are known to be prone to significant changes during the adult life span. Similarly, economic behavior undergoes significant age-related changes over the course of the adult life span. Consequently, I propose a triadic relationship between (a) economic decision making, (b) dopaminergic and serotoninergic neuromodulation, and (c) aging.

In vielen Situationen des Alltags, wie beispielsweise bei der Wahl einer privaten Altersvorsorge, müssen Entscheidungen unter Risiko getroffen werden. Diese können, wie im Falle von Altersvorsorgeentscheidungen, die den Lebensstandard im Alter beeinflussen, weitreichende Konsequenzen für das weitere Leben haben. Zum heutigen Zeitpunkt ist allerdings weitestgehend unklar wie Menschen Risiko verarbeiten und wie sie Entscheidungen unter Risiko treffen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die Mechanismen von Risikoverarbeitung und Entscheidungen unter Risiko näher zu untersuchen. Hierzu wurde zunächst eine Meta-Analyse von fMRT-Studien zur Risikoverarbeitung (Projekt I) durchgeführt. Ziel der Studie war es herauszufinden, wie die neurale Verarbeitung von Risiko durch Emotionen, potentielle Verluste und Kontext beeinflusst wird. Die gefundenen Aktivationen in der anterioren Insula, einer Hirnregion, die mit der Verarbeitung aversiver Emotionen wie Furcht, Enttäuschung oder Bedauern assoziiert wird, deuten darauf hin, dass Risikoverarbeitung von Emotionen beeinflusst wird. Die anteriore Insula war allerdings vorwiegend aktiv, wenn Verluste möglich waren. Dies deutet darauf hin, dass Verluste einen Einfluss auf die Art der Risikoverarbeitung haben. Weiterhin waren der dorsolaterale präfrontale Kortex und der parietale Kortex nur im Kontext von in Entscheidungssituationen aktiv, nicht aber in Situationen, in denen keine Entscheidung zu treffen war, was nahe legt, dass Risikoverarbeitung kontextabhängig ist. In den meisten Entscheidungen unter Risiko, wie beispielweise beim Roulette, sind alle möglichen Konsequenzen und zugehörigen Wahrscheinlichkeiten bekannt. Bei Anlageentscheidungen unterliegen die möglichen Renditen von Wertpapieren allerdings in der Regel stetigen Verteilungen. Es ist daher nahezu unmöglich alle möglichen Renditen und Wahrscheinlichkeiten in die Bewertung des Wertpapiers einzubeziehen. Unklar ist daher wie Menschen Anlageentscheidungen treffen. Die Ergebnisse aus Projekt II zeigen, dass Risiko-Gewinn Modelle Entscheidungen auf Verhaltensebene gut erklären können und dass die Komponenten dieser Modelle (Wert, Risiko und Risikoeinstellung) während einer Entscheidung im Gehirn repräsentiert werden. Insbesondere die Repräsentation des Risikos in der anterioren Insula spricht eher für Risiko-Gewinn Modelle als für nutzenbasierte Modelle, da Risiko eine explizite Komponente von Risiko-Gewinn Modellen, nicht aber von nutzenbasierten Modellen ist. In Projekt III werden mithilfe einer Literaturanalyse das dopaminerge und das serotoninerge Hirnsystem als wichtige Neurotransmittersysteme im Kontext ökonomischer Entscheidungen identifiziert. Beide sind bekannt dafür, sich im Verlauf der Lebensspanne Veränderungen zu unterziehen. Ebenso ändert sich das ökonomische Verhalten während der Lebenszeit. Zusammengenommen deuten diese Erkenntnisse auf einen triadischen Zusammenhang zwischen (a) ökonomischen Entscheidungen, (b) dopaminerger und serotoninerger Neuromodulation und (c) Altern hin.