解螺旋公眾號(hào)·陪伴你科研的第1914天
“旁若無(wú)人”的科學(xué)解釋。
想象一下，你正在qPCR加樣時(shí)；在組會(huì)上，你專(zhuān)注一個(gè)匯報(bào)時(shí)；或者當(dāng)你精讀文獻(xiàn)時(shí)，你需要屏蔽外面嘈雜的電話交談聲音干擾。
這幾項(xiàng)任務(wù)都需要你的大腦以某種方式來(lái)抑制干擾信號(hào)，這樣你就可以專(zhuān)注于你關(guān)注的事情。下面介紹的研究將會(huì)從科學(xué)的角度，來(lái)告訴我們，動(dòng)物包括人類(lèi)是如何排除外界刺激的干擾，專(zhuān)注于一件事情的。
麻省理工學(xué)院（下稱(chēng)MIT）的神經(jīng)科學(xué)家現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了一種大腦回路，可以幫助我們做到這一點(diǎn)。他們所識(shí)別的回路由前額皮質(zhì)控制，可以過(guò)濾掉不必要的背景噪音或其他分散注意力的感官刺激。當(dāng)這個(gè)回路被激活時(shí)，前額皮質(zhì)會(huì)選擇性地抑制進(jìn)入丘腦的感覺(jué)輸入，而丘腦是大多數(shù)感覺(jué)信息進(jìn)入大腦的地方。
MIT的McGovern大腦研究所大腦與認(rèn)知科學(xué)助理教授也是該研究的負(fù)責(zé)人Michael Halassa表示，這是一個(gè)以目標(biāo)導(dǎo)向的方式清除所有傳入信號(hào)的基本操作。
研究人員現(xiàn)在正在探索，這個(gè)回路的損傷是否與自閉癥患者對(duì)噪音和其他刺激的過(guò)敏有關(guān)。研究文章發(fā)表在2019年6月12日出版的Neuron (IF = 14.318)雜志上，MIT博士后Miho Nakajima是文章的第一作者。
我們的大腦不斷受到感官信息的轟炸，我們能夠自動(dòng)地忽略大部分信息，甚至沒(méi)有意識(shí)到。其他干擾性更強(qiáng)的干擾，比如旁邊的電話交談，需要有意識(shí)地抑制。
在2015年的一篇論文中，Halassa和他的同事通過(guò)訓(xùn)練老鼠在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)提示之間轉(zhuǎn)換注意力，探索了如何在不同類(lèi)型的感官輸入之間有意識(shí)地轉(zhuǎn)移注意力。他們發(fā)現(xiàn)，在這項(xiàng)任務(wù)中，老鼠會(huì)抑制相互競(jìng)爭(zhēng)的感官輸入，讓它們專(zhuān)注于能給它們帶來(lái)回報(bào)的刺激。
這一過(guò)程似乎起源于前額皮質(zhì)(PFC)，它對(duì)復(fù)雜的認(rèn)知行為(如計(jì)劃和決策)至關(guān)重要。研究人員還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動(dòng)物專(zhuān)注于聲音刺激時(shí)，丘腦中處理視覺(jué)的部分就會(huì)受到抑制。然而，前額皮質(zhì)和感覺(jué)丘腦之間并沒(méi)有直接的物理聯(lián)系，所以目前還不清楚究竟是如何發(fā)揮這種控制作用的。
圖片來(lái)源：參考資料2
在新的研究中，研究人員再次訓(xùn)練老鼠在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)刺激之間轉(zhuǎn)換注意力，然后繪制出相關(guān)的大腦連接圖。這讓他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動(dòng)物注意到聽(tīng)覺(jué)刺激時(shí)，與大腦紋狀體區(qū)域的PFC連接對(duì)于抑制視覺(jué)輸入是必要的。
進(jìn)一步的圖譜顯示，紋狀體隨后將輸入信號(hào)發(fā)送到一個(gè)叫做蒼白球的區(qū)域，這是基底神經(jīng)節(jié)的一部分。然后基底神經(jīng)節(jié)抑制丘腦處理視覺(jué)信息的部分的活動(dòng)。
通過(guò)類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)平行回路，當(dāng)動(dòng)物注意到視覺(jué)刺激時(shí)，它會(huì)抑制聽(tīng)覺(jué)輸入。在這種情況下，該回路通過(guò)紋狀體和丘腦的部分，這些部分與處理聲音有關(guān)，而不是視覺(jué)。
這些發(fā)現(xiàn)提供了一些初步的證據(jù)，證明基底神經(jīng)節(jié)在控制注意力方面也發(fā)揮了作用。眾所周知，基底神經(jīng)節(jié)對(duì)運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。研究者認(rèn)識(shí)到，在這個(gè)層次上，PFC和感覺(jué)處理之間的聯(lián)系是通過(guò)基底神經(jīng)節(jié)介導(dǎo)的，從這個(gè)意義上說(shuō)，基底神經(jīng)節(jié)影響著對(duì)感覺(jué)處理的控制。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，同樣的回路不僅用于在不同類(lèi)型的感官輸入(如視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)刺激)之間切換，還用于抑制同一種感官內(nèi)分散注意力的輸入——例如，在專(zhuān)注于一個(gè)人的聲音時(shí)屏蔽背景噪音。
研究小組還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動(dòng)物被告知任務(wù)將會(huì)很嘈雜時(shí)，它們的表現(xiàn)實(shí)際上會(huì)提高，因?yàn)樗鼈兝眠@個(gè)回路來(lái)集中注意力。“這項(xiàng)研究使用一系列眼花繚亂的神經(jīng)回路技術(shù)解剖識(shí)別分布式通路，前額皮質(zhì)與丘腦網(wǎng)狀核的基底神經(jīng)節(jié)在合適的時(shí)間使老鼠大腦提高相關(guān)感官特性和抑制干擾。
Halassa的實(shí)驗(yàn)室目前正在對(duì)老鼠進(jìn)行類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，這些老鼠經(jīng)過(guò)基因工程處理，其癥狀與自閉癥患者相似。自閉癥譜系障礙的一個(gè)共同特征是對(duì)噪音過(guò)敏，這可能是由于大腦回路受損造成的。
他現(xiàn)在正在研究激活這個(gè)回路是否可以降低對(duì)噪音的敏感度。控制噪音一直是自閉癥患者的難題，現(xiàn)在人們可以開(kāi)始研究這條通路上的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，試圖解開(kāi)其中的秘密。這項(xiàng)研究是由美國(guó)國(guó)家心理健康研究院國(guó)家神經(jīng)疾病和中風(fēng)研究所等機(jī)構(gòu)和基金提供支持的。
參考資料：
1. http://news.mit.edu/2019/how-brain-ignores-distractions-0612
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31202541
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