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决策贯穿于个体的整个生命周期,是人脑的重要认知功能,总体可以分为刺激信息编码、运动行为选择和执行以及反馈学习三个过程。尽管事件相关电位(Event-Related Potentials,ERP),如预备电位(Readiness Potentials,RP)等为观察脑决策功能活动提供了观测的窗口,但决策功能是多个脑区共同协作完成,现有手段难以实现从神经元到神经网络到脑系统多个层次的功能和结构研究。为此,本论文从决策模型出发,建立具有生物现实性的基底节(Basal Ganglia,BG)决策神经回路模型,并设计相应的强化学习实验范式获取脑电和行为数据,在ERP分析基础上,以心理学扩散模型(Drift Diffusion Model,DDM)为桥梁,系统分析RP、行为数据和BG脑区活动间的相关性,建立基底节决策回路与RP的联系。主要研究内容包括:(1)分析基底神经节神经回路结构和功能,将重要的生物学特性实例化,如神经元激活函数、神经网络信息的双向传播方式、网络误差驱动和自组织学习法则的平衡以及多巴胺的奖惩调制等,并基于Emergent平台构建了与行为选择相关的皮层-基底节-丘脑-皮层(Cortex-Basal Ganglia-Thalamus-Cortex,CBGTC)的神经回路决策计算模型,并通过二选任务对模型进行了仿真研究。观测模型各层神经元群的活跃度,结果表明该模型满足主要的生物约束和功能。(2)设计概率强化学习实验范式,设置三种不同冲突水平,开展CBGTC模型仿真和人体实验,采集模型仿真的神经核团放电率和行为数据、真实脑电数据和行为数据。首先采用传统统计学方法将仿真和实验行为数据进行对比,发现两者趋势相同,即随着实验冲突的增大,准确率下降,反应时增加,这进一步验证了该模型具有定性预测行为数据准确率和反应时的功能。此外,依据CBGTC模型,分别进行了两种水平的多巴胺(Dopamine,DA)和底丘脑核(Subthalamic Nucleus,STN)权值参数调整,结果表明反应时随着冲突水平和STN权值的增大而延长,随DA的水平增大而降低。准确率受冲突影响大,和其它两个因素的相关性不显著。(3)为反映决策过程对支持选择证据做出的适应性反应以及决策速度与准确性之间的权衡,揭示其潜在的神经加工机理,采用心理学扩散模型对CBGTC模型仿真产生的三因素变化行为数据进行了拟合,建立三因素的变化和扩散模型参数决策边界、漂移率、非决策时间之间的联系。结果表明决策边界与STN权值水平成正相关,与DA的水平成负相关,漂移率与冲突水平成负相关。(4)通过数据预处理和叠加平均法提取预备电位,并计算得到刺激锁时偏侧预备电位(Lateralized Readiness Potential-Stimulus Locked,LRP-S)和反应锁时偏侧预备电位(Lateralized Readiness Potential-Response Locked,LRP-R)。分析LRP和STN神经放电率发现:LRP-S的负向漂移斜率与扩散模型漂移率成正相关,表明LRP-S与刺激相关,反映了冲突的大小;LRP-R的负向峰值与STN活跃度成负相关,与DA水平成正相关。这也印证了帕金森症患者由于DA水平降低,会出现RP幅值降低、行动缓慢的现象,进而解释了采用损毁STN降低其放电率的治疗方式。这一发现表明未来我们也许可以通过RP进行早期帕金森症的识别。综上,本文建立了基于皮层-基底节-丘脑-皮层(CBGTC)的神经回路决策计算模型,并通过扩散模型,架起CBGTC模型和RP之间沟通的桥梁,进而得到决策模型与RP的关联性,为决策的研究提供了新的分析思路。