PNAS重磅：注意力调控领域发现一块“新大陆”！又是一次偶然的杰作

作者：BRAIN TECH 时间：2019-12-30 00:00:00 浏览：3220次

新发现的注意力控制区域，与大脑中两个先前已知的注意力区域紧密相连。图片来源：Rockefeller University

当阅读这行文字时，你会让每个词都清晰地呈现在眼前，同时模糊了其他单词，你甚至可能忽略了外面各种嘈杂的噪音。这似乎是一项微不足道的技能，但它实际上是我们做任何事情的基础。如果大脑不能从大量涌入的感官信息中挑选哪些部分应该得到优先处理，那么这个世界将会变得一团糟，我们的大脑中会充满了扰乱注意力的声音和场景。

数十年来的研究发现，这种被称为“选择性注意力”的重要能力受大脑顶叶和额叶前区控制。北京时间12月20日，发表在《美国国家科学院院刊（PNAS）》上的一项新研究表明，大脑颞叶这个不太可能影响注意力的区域也会引导人们的注意力。

这一意外发现给这个长期以来被认为盖棺定论的科学领域带来了新的问题。这项新研究的通讯作者、美国洛克菲勒大学神经系统实验室负责人Winrich Freiwald表示：“上一次发现注意力控制区域是在30年前。这次是一个根本性的发现，我们可能需要重新思考有关注意力控制的旧观点。”

一个偶然的发现

Freiwald与他在德国不来梅大学的同事Heiko Stemmann在几年前的一次实验中首次发现了这个大脑区域。他们当时在研究猴子的大脑活动，这些猴子在执行一项任务时需要将注意力集中在屏幕上快速移动的小圆点上。不出所料，脑部扫描显示出专门负责运动检测的视觉区域和与“选择性注意力”相关的区域都被点亮了。

但也有一个颞下颞叶皮质（PITd）被激活，PITd因其位于后下颞叶皮层的背侧而得名，科学家们对此无法完全解释。Freiwald说：“在这项任务中，我们发现的所有的大脑区域都具有一定的作用，除了这个PITd。”

PITd不仅不包含任何运动敏感神经元，而且对其他类型的视觉信息似乎也不是特别敏感，这表明它不是一个感觉处理区域。所以在这项新研究中，科学家们想确定这个神秘的大脑区域是否有可能控制注意力。Freiwald说：“这似乎不太可能，因为PITd远离经典的与注意力相关的区域，但我们决定尝试。”

与注意力相关的大脑区域

大脑的注意力区域将外部世界映射到内部，这种控制机制确保我们在任何时候都将数据处理资源用于外部世界中与我们目标相关的一小部分信息。注意力控制区域的一个明显特征是，它的神经元并不关心我们在看什么，无论是一只飞鸟、一个球，还是一页满是单词纸上的某个单词，它们只关心那个东西在哪里。它的神经元编码我们视野中的一个特定区域，只有当这个区域被关注时才会激活。

因此，科学家们决定测试PITd是否含有这样的神经元。他们随机选择了大约200个神经元，希望其中至少有一部分神经元是与特定位置相关，只对实验中的猴子观看屏幕上带有移动圆点的部分做出反应。

Freiwald回忆说，在第一次记录过程中，自己紧张地走来走去，盯着那些追踪神经元电活动并以声音形式播放的监视器。但他的焦虑很快变成了怀疑。他说：“实验结果让人振奋！第一个随机选取的神经元显示出对特定位置的强烈偏好，第二个神经元也是如此，然后是第三个。这绝对是难以置信的，我们发现，我们都可以闭上眼睛，通过听神经元的反应来判断受试动物是在注意屏幕的左边还是右边。这就是信号的强度。”

这个信号甚至可以预测猴子什么时候会出错，因为它们没有注意到正确的位置。就像这些PITd神经元密切追踪注意力轨迹一样，它们忽略了屏幕上实际发生的事情——这是该注意力区域的另一个特征。与典型的感觉神经元不同的是，即使移动的圆点改变了方向或颜色，它们的活动也保持不变。

最后，科学家们刺激PITd区域以人为地激活它。Freiwald 说：“我们可以改善动物的表现。对我来说，这是有力地证明该区域控制注意力的关键证据。”

新的展望

PITd区域可能一直被忽视，因为大多数研究工作都集中在第一个被发现的注意力控制区域。Freiwald说：“如果稍微向右一点，你就可能会发现更多有趣的东西。”

但是，这个区域究竟为什么会存在仍然是一个悬而未决的问题，它有着独特的神秘之处。长期以来，神经学家们一直认为，我们通过两个截然不同的网络来关注世界：一个网络关注我们看到“什么”，另一个网络关注我们看到“哪里”。当环境中突然出现某种东西时，比如红灯，它通过“什么”网络吸引我们的注意力。相反，当某件事需要我们刻意关注时，“哪里”网络就会介入。PITd似乎有助于第二种注意力，但它却位于“什么”网络区域。换言之，它并不完全属于这两个网络中的任何一个。相反，它似乎介于两者之间。

Freiwald说，PITd的这种奇怪之处可能是一个线索，说明我们对注意力的经典描述并不完全准确。这项研究不仅仅是又发现了一个注意力控制区域，它实际上可能会促使科学家重新思考我们大脑的某些方面是如何组织起来的。

本文转载自：中国生物技术网

资料来源：洛克菲勒大学和PNAS杂志