你的注意力更像是“滤镜”,而非“聚光灯 ”

我们可以在嘈杂的居室里彼此交谈,或是从杂乱无章的杂物中找到钥匙。尽管周围有其他大量的信息刺激感官,但我们仍能专注于眼前重要的事物。

神经科学家过去认为注意力就像舞台上的聚光灯,没有照到的地方阴暗,而照到的地方明亮显眼,几十年来他们一直想找出控制“聚光灯”的机制,因此把研究焦点围绕在大脑皮层上:大脑皮层为大脑外部的分层结构,通常与智商和高阶认知有关,而大脑皮层的神经活动能透过增强特定感觉来强调特定信息。

但越来越多的研究发现刚好相反,大脑其实是用“过滤”的方式先批次筛选掉不重要的事物,使我们注意到重要的事物。也就是说,大脑是在“抑制信息”而非“增强信息”。

更重要的是,科学家发现这个过程涉及到大脑深处更古老的区域,而我们通常不认为它与注意力有关联。由于注意力似乎与意识和其他复杂的认知功能密切相关,因此科学家长久以来断定它是一种皮层现象。 

1984年,研究 DNA 结构闻名的 Francis Crick 提出,注意力聚光灯是由大脑深处名为“丘脑”的区域所控制,丘脑的一部分接收来自感觉区域的输入,并将信息回传至大脑皮层。

他的理论认为感觉丘脑不仅是中继站(桥梁),而且还兼任看门人(过滤器)阻挡部分信息的流动,从而建立一定程度的注意力。几十年过去了,科学家并没有找到一个确切的实际机制,最主要是因为动物注意力的实验方法不容易设计。

但这没有阻止麻省理工学院麦戈文大脑研究所的神经科学家 Michael Halassa 继续尝试。他想厘清信息到达大脑皮层以前的感官输入如何被过滤,并且找出 Crick 预测的过滤器。

他被一层名为丘脑网状核的抑制性神经元所吸引,它像壳般包覆着丘脑的其余部分。当 Halassa 还是博士后研究员的时候,他已经在这块区域发现一个大概的门控等级:丘脑网状核似乎能在动物清醒时,让感觉输入通过来留意周遭环境,并在动物睡着时抑制感觉输入。

2015年,Halassa 和同事发现了另一种更精细的门控等级,进一步证明了丘脑网状核正是克里克所寻找的—部分回路。研究团队在实验中使用现有技术来开关实验鼠不同大脑区域的活动,以观察哪个大脑区域干扰了动物行为。

结果发现,向大脑其他部分发出高阶指令的前额叶皮层至关重要:如果前额叶皮层认定一种感觉为干扰,那丘脑网状核就会去抑制它。

举例来说,如果实验鼠需要优先处理听觉,前额叶皮层就会告诉视觉丘脑网状核,增强运作以抑制丘脑的视觉活动,因为我们不需要不重要的视觉数据。

因此,注意力聚光灯的比喻正好相反:因为大脑并没有照亮特定的刺激,而是降低(过滤)其他刺激的亮度。尽管研究取得成效,但研究团队发现了另一个问题。

他们虽然证实了 Crick 的推测,即前额叶皮层为控制丘脑感觉输入信息的过滤器,但前额叶皮层与丘脑网状核的感知部分并没有任何的直接连接,也就是说回路路径上缺少了一段。直到最近,Halassa 和同事才终于找到消失的部分,其结果为注意力研究指明了新的方向。

研究团队采用与2015年研究类似的实验方法,并着重在各个大脑区域对彼此功能的影响,以及它们之间的神经元连接。结果发现,整个回路是从前额叶皮层出发到达更深层的“基底核”(通常与运动控制和其他功能相关),然后才到丘脑网状核和丘脑,最后再回到更高的皮层区域。

因此,当无关的视觉信息从眼睛传递到视丘时,它几乎可以立即被拦截:基底核能按照前额叶皮层的指令介入,并启动丘脑网状核来过滤多余的外部刺激。未参与研究的国家眼科研究所神经学家 Richard Krauzlis 说:这是一个耐人寻味的回路过程,我认为过去从没有人如此描绘。

此外,他们还发现这种机制不只是过滤掉单一感觉信息,以提高其他感觉的注意力:它还会在单一感觉信息内继续过滤。当实验鼠被提示要注意某种声音时,丘脑网状核会抑制听觉信息内不相关的背景噪音。

罗彻斯特大学神经学家 Duje Tadin 表示,这样对感觉处理的影响,比纯粹抑制某种感官的整个丘脑区域还更精确。我们经常忽略了大脑摆脱不重要东西的方式,但我认为这是更有效的处理信息方式。

假设你在吵闹的环境里,除了选择提高音量让别人听见,更好的方法或许是消除噪音来源。Halassa 的发现表明,大脑比预期更早地抛弃了无关的感知。

普林斯顿大学认知神经学家 Ian Fiebelkorn 说,有趣的是,在信息到达视觉皮层以前,就已经开始进行过滤了。然而,大脑以这种方式抛弃感官信息存在一个明显弱点:假如被抛弃的感知信息其实出乎意料地重要,那又该怎么办?

Fiebelkorn 的研究表明,大脑有办法避免这种风险发生。他说,当人们想像注意力聚光灯时,他们觉得应该是一束稳定、不间断的光线,为动物照亮应该投入认知资源的位置,但我的研究表明事实并非如此。

相反地,这是一盏不断闪烁的聚光灯。根据 Fiebelkorn 的发现,注意力聚光灯大约每秒会变弱四次,或许就是为了防止动物过度注意单一位置或刺激。

这种对重要事物的短暂抑制间接地增强周围其他刺激,让大脑有机会在必要时把注意力转移到其他事物上,他说,大脑似乎周期性地分散注意力。这些研究代表一个关键的转变:注意力曾经被认为是大脑皮层单独控制的区域,但在过去五年中,科学家逐渐发现大脑皮层之下也存在不少重要的活动。

文:mplus

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