Individual differences in decision-making through the Iowa Gambling Task: Perspectives from neuroimaging and neurostimulation

• Autores: José Juan León Domene
• Directores de la Tesis: Pilar Flores Cubos (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2023
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Diferencias individuales en toma de decisiones a través del iowa Gambling Task:: Perspectivas desde neuroimagen y neuroestimulación
• Tribunal Calificador de la Tesis: José César Perales López (presid.) , María Teresa Daza González (secret.) , Sabina Baltruschat (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: riUAL
• Resumen
  • español

    La toma de decisiones puede definirse como la capacidad que permite a los organismos elegir un curso de acción entre un conjunto de alternativas. Las decisiones pueden tomarse en distintas circunstancias y la forma en que los organismos deciden puede variar en función de las mismas. Por ejemplo, el ambiente en el que se toman las decisiones puede ser incierto y entrañar riesgos, pero también puede ser conocido y completamente seguro para los organismos. Así pues, la toma de decisiones comprende una síntesis de distintos procesos psicológicos que pueden desempeñar papeles diferentes en función de las características del contexto que rodea a las decisiones. A nivel conductual, varias poblaciones clínicas como el Trastorno Obsesivo-Compulsivo, el Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad, y el Trastorno por Uso de Sustancias, entre otros, han mostrado una toma de decisiones desadaptativa que puede subyacer a su condición clínica. En este sentido, el Research Domain Criteria (RDoC) ha propuesto diversos procesos relacionados con la toma de decisiones, como la sensibilidad a las consecuencias, la valoración de la recompensa, el control cognitivo o la planificación de la acción, como dominios transdiagnósticos. A nivel fisiológico, el estudio de las vías neurofuncionales de dichos procesos habitualmente ha situado al córtex prefrontal como una región cerebral importante. Entre otras de sus subregiones, las cortezas orbitofrontal, dorsolateral y prefrontal medial han recibido especial atención. Por su parte, la investigación desde una perspectiva conexionista puede aportar conocimientos sobre las bases neurológicas de la toma de decisiones, a través del estudio de la conectividad funcional, tanto en reposo como durante tareas, entre áreas cerebrales dispersas.

    En la presente Tesis Doctoral, se estudia la toma de decisiones a través de un paradigma conductual tradicionalmente bien establecido y ampliamente utilizado: la Tarea de Juego de Iowa (IGT, por sus siglas en inglés). Se supone que la IGT evalúa los procesos de toma de decisiones en situaciones de incertidumbre, y se ha propuesto como modelo de toma de decisiones en el mundo real. En resumen, en esta tarea, los participantes comienzan con una cierta cantidad de puntos o dinero y se les instruye a maximizar sus beneficios a largo plazo realizando cien elecciones entre cuatro barajas de cartas diferentes. Estas barajas se diferencian en la magnitud de las ganancias, en la magnitud y en la frecuencia de las pérdidas y en la recompensa neta a largo plazo. Además, se emplean diferentes técnicas de neuroimagen, como la Espectroscopia funcional por infrarrojo cercano (fNIRS, por sus siglas en inglés) y la Electroencefalografía (EEG), y diferentes técnicas de Estimulación Eléctrica Transcraneal, como la Estimulación Transcraneal por Corriente Directa (tDCS, por sus siglas en inglés) y por Corriente Alterna (tACS, por sus siglas en inglés) para estudiar las bases neurológicas de la toma de decisiones en el contexto de la IGT.

    El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral fue estudiar los procesos de toma de decisiones a través de la IGT para entender en profundidad las diferentes estrategias de elección adoptadas por los individuos en situaciones de incertidumbre, e investigar si estas estrategias pueden ser manipuladas y predichas a nivel neurofisiológico. El trabajo de investigación está compuesto de cuatro estudios en los cuales el rendimiento en la IGT de un total de 409 participantes, entre los que se incluyen personas sanas y pacientes del espectro impulsivo-compulsivo, fue analizado desde diferentes perspectivas teóricas, aportando, además, medidas neurofisiológicas de actividad eléctrica y hemodinámica de las redes funcionales relacionadas con la toma de decisiones.

    En el primer estudio, el objetivo fue investigar el potencial de la tDCS para modular la toma de decisiones, medida a través de la IGT, en función del sexo. Para ello, aplicamos una única sesión de tDCS anodal y placebo sobre el córtex orbitofrontal derecho en un diseño experimental pre-post para modular el rendimiento en la IGT de estudiantes de psicología sanos. Los resultados revelaron que sólo las mujeres bajo la condición de tDCS anodal mostraron un aumento de la puntuación neta tras la estimulación.

    En el segundo estudio, intentamos ir más allá de la puntuación neta en la IGT, por lo que prestamos especial atención a cómo y cuándo se desarrollan las preferencias por cada mazo, con el objetivo de aclarar los mecanismos conductuales que subyacen a la formación de diferentes estrategias de respuesta en la tarea. Identificamos cinco perfiles diferenciados en población sana en función del desarrollo de distintas preferencias por distintos mazos durante la tarea. Las diferencias entre estos perfiles pueden ser conceptualizadas bajo varias dimensiones propuestos por el RDoC. A partir de este estudio, el análisis de datos y el proceso de inferencia estadística siguió una aproximación Bayesiana debido a las numerosas comparaciones que van a ser analizadas, así como a la interpretación de los modelos estadísticos utilizados. Las diferencias de sexo en la puntuación neta no se replicaron en este estudio.

    Para el tercer estudio, reclutamos adultos sanos y pacientes con trastornos del espectro impulsivo-compulsivo y empleamos fNIRS para registrar la conectividad funcional en estado de reposo (rsFC, por sus siglas en inglés) entre varios nodos importantes de la red frontoparietal (FPN, por sus siglas en inglés). Seguimos una metodología y un marco teórico similares a los de la investigación anterior para identificar tres diferentes estrategias de toma de decisiones que atraviesan las etiquetas diagnósticas. Estos perfiles conductuales fueron replicados del anterior estudio. No encontramos evidencia creíble sobre el papel de la rsFC entre ningún nodo de la FPN como biomarcador de ninguna estrategia de toma de decisiones.

    Por último, el cuarto estudio propuso un enfoque combinado EEG-tACS para estudiar el papel de la actividad oscilatoria de frecuencia theta en el rendimiento en la IGT, así como la capacidad de la tACS a frecuencia theta para modular el dicho rendimiento. Los resultados preliminares parecen apuntar a una posible relación positiva entre la potencia theta y el rendimiento final en la tarea del grupo placebo. No se hallaron evidencias de un efecto específico de la frecuencia de estimulación.

    En conclusión, consideramos que los resultados de la presente Tesis Doctoral ponen de manifiesto la importancia de prestar especial atención a las diferencias individuales que guían los procesos de toma de decisiones que tienen lugar durante las diferentes etapas de la IGT. Se aportan evidencias sobre tipos de estrategia de respuesta diferentes, estables y observables tanto en población sana como en población clínica, que pueden ser útiles para futuras investigaciones en la comprensión e inferencia de cómo y por qué se toman decisiones en contextos similares al de la IGT. A nivel fisiológico, nuestros resultados parecen sugerir una implicación del córtex orbitofrontal derecho y de la potencia de la onda theta en la toma de decisiones. Sin embargo, es necesario seguir investigando sobre este tema, siguiendo enfoques conceptuales y metodológicos homogéneos, para aclarar la base neurofisiológica de la toma de decisiones.

  • English

    Decision-making can be defined as the ability that allows organisms to choose one course of action from a set of alternatives. Decisions may take place under different circumstances and the way organisms decide may vary in accordance. For instance, the environment in which decisions are made could be uncertain and may involve risk, but also could be known and completely safe to the decision-makers. Thus, decision-making usually comprises a synthesis of different psychological processes that may play different roles depending on the characteristics of the context surrounding the decisions. At a behavioural level, several clinical populations such as Obsessive-Compulsive Disorder, Attention Deficit/Hyperactivity Disorder, and Substance Use Disorder, among others, have shown maladaptive decision-making that may underlie their clinical condition. In this sense, the Research Domain Criteria (RDoC) initiative has proposed various decision-making-related processes, such as reward responsiveness, reward valuation, cognitive control, or action planning, as transdiagnostic domains. At the physiological level, the study of the neurofunctional pathways of those processes has usually situated the prefrontal cortex as a critical brain region. Among other PFC subregions, the orbitofrontal, dorsolateral, and medial prefrontal cortices have received special attention. The investigation on this topic from a connectionist perspective may provide meaningful insights about the neurological basis of decision-making, through the study of functional connectivity, both at rest and during task performance, among dispersed brain areas.

    In the present Doctoral Thesis, we studied decision-making through a traditionally well-established and widely used behavioural paradigm: the Iowa Gambling Task (IGT). The IGT is supposed to assess contingency-based decision-making processes under uncertain situations and has been proposed as a real-world decision-making model. Briefly, in this task, participants began with a certain amount of points or money and they are instructed to maximize their long-term profits by making one hundred choices between four different decks. These decks differ in the magnitude of gains, in the frequency and magnitude of losses and in the long-term net outcome they offer. In addition, different neuroimaging techniques, such as functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) and Electroencephalography (EEG), and different Transcranial Electrical Stimulation, such as Transcranial Direct and Alternating Current Stimulation (tDCS and tACS) were used to study the neurological basis of decisionmaking under the IGT context.

    The main aim of the present Doctoral Thesis was to study decision-making through IGT in order to understand the different strategies adopted by individuals to make decisions in situations of uncertainty, and to find out whether these strategies can be manipulated and predicted at a neurophysiological level. The research work is composed of four different studies, in which the performance on the IGT of a total of 409 participants, including healthy people and impulsive-compulsive spectrum disorder patients, was analysed and modulated from different approaches. Neurophysiological measures of electrical and haemodynamic activity of the functional networks are also provided.

    The first study aimed to investigate the potential of tDCS to modulate the IGT performance as a function of sex. For that, we applied a single session of anodal- and shamtDCS over the right orbitofrontal cortex in a pre-post experimental design in order to modulate IGT performance in healthy psychology undergraduates. Results revealed that only women under anodal-tDCS showed an increased net score after stimulation.

    In the second study, we tried to go beyond the net score so we paid special attention to how and when individual deck preferences are developed aiming to clarify the behavioural mechanisms underlying the formation of different response strategies. Five differential decision-makers profiles based on how they developed their deck preferences during the task were revealed. These differences may be conceptualised under several dimensions proposed by the RDoC. Bayesian data analysis was used from this study onwards for the statistical inference process, due to the many mean comparisons and statistical models that will be performed. Sex differences in the net score were not replicated in this study.

    For the third study, we recruited healthy adults and impulsive-compulsive spectrum disorder patients and employed fNIRS to record resting-state functional connectivity (rsFC) between several important nodes of the frontoparietal network (FPN). We followed a similar methodology and theoretical framework to the previous investigation to identify three differential decision-making strategies that cut across diagnostic labels. Importantly, these behavioural profiles were replicated from the previous study. We found no credible evidence about the role of the rsFC between any FPN nodes as a biomarker of any decision-making strategy.

    Lastly, the fourth study proposed a combined EEG-tACS approach to study the role of frontal-midline theta oscillatory activities in the performance of the IGT and the capability of tACS at theta frequency (6 Hz) to modulate the mentioned performance. Preliminary results, obtained by a Bayesian Logistic Regression Model, seem to point to a possible positive relationship between frontal-midline theta power and the final performance on the task of the sham group. No evidence of a frequency-specific effect of theta-tACS was found.

    Taken together, we consider that the results of the present Doctoral Thesis highlight the importance of paying special attention to the individual differences that guide the decision-making processes that occur during the different stages of the IGT. We provided evidence about different, stable, and observable types of decision-makers among both healthy and clinical populations that may be useful for future research in understanding and inferring how and why people make decisions in contexts similar to the IGT. At the physiological level, our results seem to suggest an implication of the right orbitofrontal cortex and frontalmidline theta power in decision-making. However, further research is needed on this topic following homogenised conceptual and methodological approaches, in order to clarify the neurophysiological basis of decision-making.