In everyday life, we encounter many decisions requiring the consideration of prospective effort, such as taking exercise and altruistic behaviors. Therefore, the ability to accurately weigh effort costs against potential rewards is critical for optimal goal-directed behavior. The common currency theory proposes that values of different options are mapped to a common scale by a neural network to ensure efficient decision-making across different cost types. This theory provides a general framework to explain how rewards and costs are integrated and has gained popularity in decision-making associated with other types of cost, such as risk and delay. Although a few studies have examined the computational and neural mechanisms underlying effort-based value integration, it remains unclear if effort discounts prospective outcomes in a similar way to other costs, and, at the neural level, it is still under debate if effort-based value integration engages a general valuation neural network as suggested by the common currency theory, or instead relies on a specific network compared with other cost domains.
In this dissertation, I address these questions across a meta-analytic study and two empirical studies. In study 1 (Lopez-Gamundi et al., 2021) of this dissertation, we conducted two separate meta-analyses to examine consistent neural correlates of effort-reward integration or raw effort requirement in related fMRI studies. We found that the vmPFC activity scaled positively with net value but negatively with raw effort. On the other hand, the dmPFC was also identified in both analyses, but its activity scaled negatively with net value and positively with raw effort. These findings are generally consistent with previous findings in other cost domains.
In study 2 (Yao et al., 2022), to directly test if the common currency theory could be applied to value integration during effort-based decision-making, we reanalyzed the choice behavior and fMRI data of an open-access dataset, which included both effort-based and risky (one-option) decision-making tasks. Using computational modeling, we found that effort and risk showed distinct discounting effects on prospective outcomes. At the neural level, we conducted multivariate decoding analyses and found that a large cluster including both the vmPFC and dmPFC represented subjective value independent of cost types.
In study 3 (Yao et al., 2022), we examined the replicability of the findings of Study 2 in an independent sample of participants. Moreover, to maintain similar overall acceptance rates between tasks, we estimated participant-specific indifference points for all combinations of rewards and costs (effort or risk) before scanning and manipulated the amounts of smaller rewards around these indifference points during scanning. We confirmed that effort and risk distinctively devalued rewards. At the neural level, we found that the dmPFC represented subjective value in a task-independent manner.
Taken together, these findings highlight the role of the dmPFC in subjective value computation across effort-based and risky decision-making. Finally, I discuss how these results may reconcile the ongoing debates on the neural mechanisms underlying effort-reward integration and outline potential implications for the common currency theory.
Im Alltag sind wir mit vielen Entscheidungen konfrontiert, die eine Abwägung des voraussichtlichen Aufwands erfordern, wie z. B. sportliche Aktivitäten und altruistisches Verhalten. Daher ist die Fähigkeit, die Kosten des Aufwands mit den potenziellen Belohnungen genau abzuwägen, entscheidend für optimales zielgerichtetes Verhalten. Die Theorie der gemeinsamen Währung besagt, dass die Werte verschiedener Optionen auf einer gemeinsamen Skala abgebildet werden, um eine effiziente Entscheidungsfindung über verschiedene Kostenarten hinweg zu gewährleisten. Diese Theorie bietet einen allgemeinen Rahmen, um zu erklären, wie Belohnungen und Kosten integriert werden, und hat bei der Entscheidungsfindung im Zusammenhang mit anderen Kostenarten wie Risiko und Verzögerung an Popularität gewonnen. Obwohl einige Studien die komputationalen und neuronalen Mechanismen untersucht haben, die der aufwandsbasierten Integration subjektiver Werte zugrunde liegen, bleibt unklar, ob Aufwand erwartete Ereignisse in ähnlicher Weise wie andere Kosten diskontiert. Weiterhin wird auf neuronaler Ebene diskutiert, ob die aufwandsbasierte Wertintegration auf ein allgemeines neuronales Bewertungsnetzwerk zurückzuführen ist, wie es die Theorie der gemeinsamen Währung nahelegt oder stattdessen auf ein spezifisches Netzwerk im Vergleich zu anderen Arten von Kosten zurückgreift.
In dieser Dissertation befasse ich mich mit diesen Fragen im Rahmen einer Meta-Analyse früherer Studien und zweier empirischer Studien. In der ersten Dissertationsstudie (Lopez-Gamundi et al., 2021) haben wir zwei separate Meta-Analysen durchgeführt, um neuronale Korrelate der Anstrengungs-Belohnungs-Integration bzw. reiner Anstrengungsanforderung in verwandten fMRI-Studien zu untersuchen. Wir fanden heraus, dass die Aktivität des ventromedialen präfrontalen Kortex (vmPFC) positiv mit subjektiven Werten, aber negativ mit reinen Aufwandsanforderungen skaliert. Andererseits wurde der dorsomediale präfrontale Kortex (dmPFC) in beiden Analysen identifiziert, zeigte aber ein entgegengesetztes Aktivitätsmuster. Diese Ergebnisse stimmen im Allgemeinen mit früheren Erkenntnissen bei anderen Arten von Kosten überein.
In Studie 2 (Yao et al., 2022) haben wir das Wahlverhalten und die Daten eines frei zugänglichen Datensatzes mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT), der sowohl anstrengungsbasierte als auch riskante (eine Option) Entscheidungsaufgaben enthielt, erneut analysiert, um direkt zu prüfen, ob die Theorie der gemeinsamen Währung auf die Wertintegration bei anstrengungsbasierten Entscheidungen angewendet werden kann. Mithilfe von Computermodellen fanden wir heraus, dass Anstrengung und Risiko unterschiedliche Diskontierungseffekte auf prospektive Ergebnisse haben. Auf neuronaler Ebene führten wir multivariate Dekodierungsanalysen durch und fanden heraus, dass ein großes Cluster, das sowohl den vmPFC als auch den dmPFC umfasst, den subjektiven Wert unabhängig von der Art der Kosten repräsentiert.
In Studie 3 (Yao et al., 2022) untersuchten wir die Replizierbarkeit der Ergebnisse aus Studie 2 mit einer unabhängigen Stichprobe von Versuchspersonen. Um ein ähnliches Entscheidungsverhalten zwischen den Aufgaben sicherzustellen, haben wir vor dem Scannen teilnehmerspezifische Indifferenzpunkte für alle Kombinationen von Belohnungen und Kosten (Aufwand oder Risiko) geschätzt. Zudem haben wir während des Scannens die Beträge kleinerer Belohnungen um diese Indifferenzpunkte manipuliert. Hierdurch konnten wir bestätigten, dass Aufwand und Risiko die Belohnungen deutlich abwerteten. Auf neuronaler Ebene stellten wir fest, dass der dmPFC den subjektiven Wert aufgabenunabhängig repräsentiert.
Zusammengenommen betonen die Ergebnisse die Rolle des dmPFC bei der subjektiven Wertberechnung unter Anstrengung und Risiko. Abschließend erörtere ich, wie diese Ergebnisse die laufenden Debatten über die neuronalen Mechanismen der Integration von Aufwand und Belohnung in Einklang bringen können und skizziere mögliche Implikationen für die Theorie der gemeinsamen Währung.
