dc.contributor.author
Green, Nikos
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:01:46Z
dc.date.available
2013-04-19T10:09:03.964Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/9957
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14155
dc.description.abstract
This thesis investigates the neural basis of the decision threshold. The
neural basis of decision making is one of the most central topics in cognitive
and systems neuroscience. The ultimate goal of this research is to provide a
complete account of the mechanisms and neural substrates underlying our
ability to make choices in complex and ever-changing environments. Perceptual
decision making has previously been described as the continuous accumulation
of noisy sensory evidence in the brain until a decision criterion or threshold
is reached. A decision threshold ultimately determines the decision process by
balancing evidence accumulation and deliberation time in order to
appropriately select an action. Let us consider a simplified scenario in which
foragers sample the environment for available patches of food. When plentiful
resources are available, foragers should thoroughly examine and thus
deliberately choose rich patches over empty patches to maximize reward.
Compare this to a situation where resources have been nearly exploited. Now,
decisions about which patch to choose have to happen quickly as foragers
compete for the remaining resources. While these two situations differ in
their incentive structure, they do share a common component. The forager
adjusts her decision criterion in each situation that would appropriately
address the change in circumstances. Whereas accumulation of sensory evidence
has been extensively researched having acquired a substantial body of
knowledge, the mechanisms of the flexible decision threshold remain poorly
understood. Hence, motivated by compelling theoretical frameworks - such as
the sequential sampling framework of decision making - I have investigated
mechanisms of the decision threshold during perceptual decision making. In the
first project, I investigated the neural mechanism of decision threshold
modulation for reward maximization in a direction of motion discrimination
task. By combining functional MRI (fMRI) with computational models of
perceptual decision making, i.e. the drift diffusion model (DDM), it can be
shown that modulation of the decision threshold is achieved by adjusting the
effective connectivity within cortico-striatal and cerebellar-striatal brain
systems. This change-in-connectivity mechanism, which has the effect of
balancing different decision relevant sources of information, reflects a
central aspect of decision making. Most importantly, a modulation of the
decision threshold influences performance: a lower threshold leads to faster
but also less accurate decision and vice versa. It has been theoretically
shown that sequential sampling models, especially the drift-diffusion model
can adjust the decision threshold in an optimal way for simple forms of
decision making. Optimality under these conditions is defined as the optimal
trade-off between decision time and performance accuracy. Notably, in these
decision situations, time for deliberation and error rate are negatively
related. The model can minimize decision time for a specified performance
level. As a consequence, this notion of optimality has potential implications
for formulations of information processes explaining perceptual decision
making. In the second project, I investigated neurocomputational models of
optimal I investigated neurocomputational models of optimal decision making
via cortico-basal ganglia circuitry to investigate this feature in detail.
These models have ascribed a crucial computational role to the subthalamic
nucleus (STN) and are (mathematically) equivalent to the models used in the
first study. In this project, participants suffering from Parkinson’s disease
(PD) were also asked to perform a motion discrimination task. Here we used a
combination of psychophysics, neurostimulation and computational modeling and
probed perceptual decision making under a) different states of deep brain
stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) and b) changing response
instructions. The results indicate that DBS of the STN significantly
influences a) performance for perceptual judgments under high decision
conflict, and b) the magnitude of decision criterion adjustment. These
findings are of particular interest, as they demonstrate on an individual
basis that STN computation is crucial for an optimal balance between competing
decision demands. Taken together, I investigated mechanisms of the decision
threshold and showed that the modulation of a threshold for perceptual
decision making is instantiated by a change in connectivity between cortio-
striatal and cerebellarstriatal brain systems. In addition, I demonstrated
that the optimal adjustment of the decision threshold is likely to be based on
computations by the STN. Together these findings advance the idea of the
decision threshold as a general mechanism for decision making and shed light
on the neural mechanisms implementing it.
de
dc.description.abstract
In dieser Arbeit habe ich Mechanismen des menschlichen Gehirns untersucht, die
zur Anpassung des Entscheidungskriteriums führen. Bei
Wahrnehmungsentscheidungen, wie z.B. dem Erkennen der Bewegungsrichtung eines
Objekts (z.B. nach links oder rechts), wird aufgrund theoretischer und
empirischer Befunde angenommen, dass sensorische Information kontinuierlich
bis zur Überschreitung eines Entscheidungskriteriums gesammelt wird. Dieser
Prozess lässt sich durch theoretische Modelle, sogenannte Akkumulatormodelle,
mathematisch beschreiben. Aufgrund umfangreicher Verhaltensdaten,
neurophysiologischer und bildgebender Befunde, wird angenommen, dass diese
Modelle den zugrundeliegenden Informationsverarbeitungsprozess im Gehirn sehr
gut abbilden. Ein zentraler Parameter dieser Modelle ist dabei das
Entscheidungskriterium, weil es den Entscheidungsprozess determiniert. In
dieser Dissertation werden zwei Projekte diskutiert, in denen neuronale
Mechanismen des Entscheidungskriteriums von mir untersucht wurden. Zentral im
ersten Projekt ist die Frage nach dem neuronalen Mechanismus der Anpassung des
Entscheidungskriteriums (engl. decision threshold modulation). Ausgehend von
einem biophysikalischen Modell das den erwähnten Entscheidungsprozess in einem
Neuronalen Netz implementiert, untersuchte ich die Veränderbarkeit des
Entscheidungskriteriums. In dem Neuronalen Netz wird das
Entscheidungskriterium durch die Anpassung von Interaktionen zwischen
Kortikalen Akkumulator- (engl. integrator) und Striatalen Neuronen moduliert.
Unter Anwendung bildgebender Verfahren und komputationaler Modelle konnte ich
zeigen, dass das Entscheidungskriterium durch die Modulation von
Interaktionen, zwischen Hirnregionen, die für eine Entscheidung relevant sind,
angepasst wird. Akkumulatormodelle lassen sich theoretisch aus statistischen
Tests über optimales Entscheiden herleiten. Ausgehend von einem
komputationalen Modell über optimales Entscheiden in kortiko-
basalganglionischen Netzwerken, habe ich im zweiten Projekt untersucht, wie
der Nucleus subthalamicus (engl. STN, Subthalamic Nucleus), der in diesem
Modell eine zentrale Rolle bei Entscheidungen spielt, bei einfachen,
perzeptuellen Entscheidungen das Entscheidungskriterium beeinflusst. Dazu
nutzte ich die Möglichkeit der Tiefenhirnstimulation (engl. DBS, Deep Brain
Stimulation) des STN bei Parkinson Patienten. In dieser Studie konnte ich die
Modellannahmen über die Funktion des STN bestätigen. Ebenso konnte ich zeigen,
dass die DBS des STN die Modulation des Entscheidungskriteriums einschränkt.
Zusammengefasst zeigt meine Dissertation erstens, dass das
Entscheidungskriterium durch eine Veränderung in der Kopplung zwischen
Kortikalen und Subkortikalen Hirnsystemen moduliert wird und zweitens, das
diese Anpassung durch Signale des STN beeinflusst wird.
de
dc.format.extent
X, 76 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
decision making
dc.subject
decision threshold
dc.subject
sequential sampling
dc.subject.ddc
100 Philosophie und Psychologie::150 Psychologie
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Decision making mechanisms in the human brain
dc.contributor.contact
nikos.green@fu-berlin.de
dc.contributor.inspector
Prof. Dr. Shu Chen Li
dc.contributor.inspector
Prof. Dr. Arthur Jacobs
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Hauke Heekeren
dc.contributor.furtherReferee
Prof Dr. Andrea Kühn
dc.date.accepted
2013-04-08
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000094084-9
dc.title.subtitle
The case of the decision threshold
dc.title.translated
Entscheidungsfindung im menschlichen Gehirn
de
dc.title.translatedsubtitle
Die Mechanismen des Entscheidungskriteriums.
en
refubium.affiliation
Erziehungswissenschaft und Psychologie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000094084
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000013286
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access