我們可以在嘈雜的房間里，不受干擾地進(jìn)行對話,；我們也能夠在雜亂無章的辦公桌上,，找到自己的鑰匙串；也能在驅(qū)車前行時,，快速發(fā)現(xiàn)路面跑過的小動物——總之,，即使面對大量混亂而復(fù)雜的信息，我們?nèi)匀荒軌驅(qū)Ｗ⒂谡嬲匾氖虑椴⒖焖僮鞒龇磻?yīng),。

有沒有想過,，根源是什么？

人類集中注意力的過程,，實(shí)際就是大腦“探照燈”在關(guān)注「相關(guān)刺激」的同時過濾掉「其余刺激」的過程,，而神經(jīng)科學(xué)家們一直希望找出答案，大腦究竟哪些回路在具體控制聚焦與集中反應(yīng),，然而數(shù)十年來,，他們的研究一直圍繞著大腦皮層部分——即大腦外部的折疊結(jié)構(gòu)，其通常與智能以及高級認(rèn)知能力相關(guān),。很明顯,，大腦皮層的活動促進(jìn)了感官處理能力，從而增強(qiáng)了人們對所關(guān)注對象的跟蹤效果,。

但現(xiàn)在,，一些研究人員正在嘗試另一種方法，希望了解大腦如何擬制信息——而非增強(qiáng)信息,。也許更重要的是,，他們發(fā)現(xiàn)，大腦深處某些更古老的區(qū)域可能才是實(shí)現(xiàn)集中能力的關(guān)鍵——這是以往的研究一直沒有重視的探索方向,。

通過這種方式,，科學(xué)家們也在無意中獲得了一定進(jìn)展，開始真正了解到,，身體與思想如何通過感官體驗(yàn),、肢體運(yùn)動以及更高層次的意識以深刻且密不可分的方式交織在一起,。

尋找腦回路

很長一段時間以來，由于注意力似乎一直與意識以及其他復(fù)雜的功能緊密聯(lián)系,，因此科學(xué)家們首先將其假定為大腦皮層中的活動。1984年,，F(xiàn)rancis Crick提出,，這種理解方式可能完全背離了實(shí)際情況。他認(rèn)為,，注意力集中是由于大腦深處被稱為丘腦的區(qū)域所控制,，該區(qū)域的一部分負(fù)責(zé)接收來自感覺區(qū)域的信號并向皮質(zhì)提供信息。他提出一種理論——丘腦不僅充當(dāng)中繼站,，同時也扮演著守門人的角色（不只是通道,，而且是種篩子）。它會阻斷某些數(shù)據(jù)流,，從而讓其它正常通過的信息成為關(guān)注重點(diǎn),。

但幾十年過去，人們一直無法真正建立起具有說服力的功能機(jī)制體系——這是因?yàn)?，對?shí)驗(yàn)動物的注意力進(jìn)行研究始終困難重重,。

但這并沒有嚇退Michael Halassa，這位來自麻省理工學(xué)院麥戈文腦科學(xué)研究所的神經(jīng)科學(xué)家,，希望確定信息在到達(dá)大腦皮層之前,，究竟經(jīng)過了怎樣的過濾過程。只要能夠確定這一點(diǎn),，他就可以建立起Crick理論中暗示的精確腦回路結(jié)構(gòu),。

▲ 圖： 麻省理工學(xué)院神經(jīng)科學(xué)家Michael Halassa探討了以往被忽視的大腦區(qū)域在高級認(rèn)知過程中發(fā)揮的作用。

他首先注意到,，一層被稱為丘腦網(wǎng)狀核（TRN）的抵制性神經(jīng)元,，該層像殼一樣包裹著丘腦的其余部分。在Halassa成為博士后研究員時,，他已經(jīng)在大腦區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了一種粗略的門控機(jī)制：TRN似乎可以讓動物在清醒時關(guān)注感覺輸入,，并注意到周邊環(huán)境中的某些事物，但當(dāng)動物進(jìn)入睡眠狀態(tài)后,，TRN又會抑制其對這些感受的感知與反應(yīng),。

2015年，Halassa和他的同事們發(fā)現(xiàn)了另一種更精細(xì)的門控機(jī)制,，這進(jìn)一步將TRN與Crick理論的長期證明聯(lián)系了起來,。此次成果的重點(diǎn)在于，動物如何主動將注意力集中在不同的感受身上,？研究人員首先讓經(jīng)過訓(xùn)練的小鼠學(xué)會在閃爍的燈光與純音聲調(diào)下奔跑,，接下來,，他們利用燈光與聲調(diào)向動物下達(dá)了相互矛盾的命令，并以暗示的方式引導(dǎo)動物忽略其中一種信號,，而老鼠的反應(yīng)即代表它們完成注意力集中切換的效率,。在整個過程中，研究人員利用完善的技術(shù)關(guān)閉大腦中各個區(qū)域的活動,，從而去觀察,，到底是什么左右著動物的行為。

與預(yù)期相符,，向大腦其他部位發(fā)出高級指令的「前額葉皮層」仍然至關(guān)重要,。但是研究小組也觀察到，如果在試驗(yàn)室要求小鼠關(guān)注視覺元素,，那么視覺TRN就會開啟神經(jīng)元以干擾聽覺活動,。當(dāng)聽覺神經(jīng)元被屏蔽后，小鼠將很難注意到聲音方面的變化,。實(shí)際上,，大腦回路調(diào)整的實(shí)際是抑制過程，而非興奮過程,，其中TRN負(fù)責(zé)抑制前額葉皮層不想關(guān)注的信息,。如果老鼠需要區(qū)分聽覺信息的優(yōu)先級，那么前額葉皮質(zhì)會指揮視覺TRN,，增強(qiáng)其抑制視覺丘腦的活動——剝離無關(guān)的視覺數(shù)據(jù),。

事實(shí)證明,，所謂集中注意力的真實(shí)過程恰恰相反：大腦并沒有聚焦至需要關(guān)注的刺激,，而是降低了對其他信息的關(guān)注度,。

盡管研究取得了成功,，但研究人員們又發(fā)現(xiàn)了一個新問題,。他們確實(shí)證明了Crick的直覺：前額葉皮層控制著對丘腦所傳入感知信息的過濾機(jī)制,。但是，前額葉皮層與TRN的感知部分并沒有任何直接連接，那么過濾究竟是如何實(shí)現(xiàn)的,？

但現(xiàn)在,，Halassa和他的同事們找到了這塊拼圖的缺失，研究結(jié)果讓我們找到了新的注意力研究方向,。

遮擋,、變暗,、閃爍

研究小組采用了與2015年類似的實(shí)驗(yàn)方式，研究了各個大腦區(qū)域彼此之間的功能影響,，及其神經(jīng)元的連接方式,。他們發(fā)現(xiàn),，腦回路從前額葉皮層接入更深層的基底神經(jīng)節(jié)（通常與運(yùn)動控制等其他功能相關(guān)）,，而后進(jìn)一步接入TRN與丘腦,，最后又返回更高層級的皮質(zhì)區(qū)域。例如,，當(dāng)視覺信息從眼睛傳遞至視覺丘腦時,，如果這部分內(nèi)容與當(dāng)前關(guān)注任務(wù)無關(guān)，則幾乎可以被立即攔截,。基底神經(jīng)節(jié)能夠按照前額葉皮層的指示,，快速介入并激活視覺TRN，從而過濾掉多余的信號刺激,。

馬里蘭州國立衛(wèi)生研究院眼科研究所神經(jīng)科學(xué)家Richard Krauzlis表示,，“這是一條有趣的反饋途徑，我之前從來沒有聽說過。”

此外,，研究人員們還發(fā)現(xiàn)，該機(jī)制不僅能夠過濾掉一種感知以提高對另一種感知的感受能力，也能夠在同一種感知之內(nèi)過濾掉某些具體的信息。例如,，當(dāng)小鼠想要認(rèn)真聆聽某一種聲音時,，TRN有助于抑制掉聽覺信號中與此無關(guān)的其他背景噪聲,。羅徹斯特大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Duje Tadin表示,，這對感知處理的影響“可能比針對某一種感知方式的丘腦區(qū)域抑制精確得多,。相比之下，后者只是一種比較粗糙的控制方法”。

他補(bǔ)充道，“我們通常會忽略掉那些不太重要的信息,，通常來講,，我認(rèn)為這是一種更高效的信息處理方法,。這就好比當(dāng)你身處嘈雜的房間,，既可以提高想聽的聲音音量,，也可以消除不想聽的聲音音量。”（Tadin研究了其他過程中的這種背景抑制作用,，并發(fā)現(xiàn)這類過程比選擇性關(guān)注速度更快,，且自動程度更高。）

Halassa的發(fā)現(xiàn)表明,，大腦過濾多余信號的時間點(diǎn)要比預(yù)期中早得多,。普林斯頓大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家Ian Fiebelkorn表示，“有趣的是,，過濾甚至在信息剛剛抵達(dá)視覺皮層時就已經(jīng)開始了,。”

但是，大腦采取的這種感知信息過濾策略存在著明顯的弱點(diǎn)：被忽略的感知信息中可能包含意料之外的重要內(nèi)容,。Fiebelkorn的研究表明,，大腦很清楚這種風(fēng)險，并為其準(zhǔn)備了對應(yīng)的解決方案,。

Fiebelkorn解釋道,，當(dāng)人們想到集中注意力時，第一反應(yīng)總是將其理解成,，把意念匯聚成穩(wěn)定的一束,，并借此引導(dǎo)自己的認(rèn)知資源。但就現(xiàn)在來看,，“我們的研究證明,，這種想法并不靠譜。相反,，這道「意念之光」似乎會不斷閃爍,。”

根據(jù)他的發(fā)現(xiàn)，注意力的集中性并不強(qiáng)，每秒大約四次,，以防止動物過分關(guān)注環(huán)境中的某種單一對象或者刺激,。大腦會非常短暫地抑制當(dāng)前關(guān)注對象，從而為其它刺激保留一點(diǎn)起效空間,，并在必要時快速完成關(guān)注點(diǎn)切換,。他解釋道，“大腦似乎會周期性地分散注意力,。”

與Halassa的團(tuán)隊一樣,，F(xiàn)iebelkorn和他的同事們也希望，通過皮層下的其他區(qū)域解釋這種連接機(jī)制,。目前,，他們在研究丘腦中另一部分的作用，但后續(xù)也有計劃對基底神經(jīng)節(jié)進(jìn)行一番探索,。

認(rèn)知扎根于行動當(dāng)中

這些研究標(biāo)志著一種關(guān)鍵性的轉(zhuǎn)變：集中注意力的過程,，曾經(jīng)被理解為純皮質(zhì)區(qū)域的活動。但根據(jù)Krauzlis的說法,，過去五年,，“人們逐漸意識到，皮質(zhì)之下才是注意力變化的根源位置,。”

芝加哥大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家John Maunsell表示,，“大多數(shù)人都覺得所有繁重的工作都是由大腦皮層完成的，但我認(rèn)為實(shí)際情況并非如此,。”

▲ 圖：Michael Halassa主要關(guān)注多電極陣列上,，他和他的同事們一直在探尋,，大腦如何利用這種結(jié)構(gòu)控制負(fù)責(zé)信息過濾的神經(jīng)回路,。

事實(shí)上，供職于麥戈文腦科學(xué)研究所的Michael Halassa發(fā)現(xiàn),，基底神經(jīng)節(jié)在人腦關(guān)注活動中有著令人著迷的神奇作用,。基底神經(jīng)節(jié)是大腦中的一種古老區(qū)域，以往人們一直覺得它跟選擇性關(guān)注活動毫無關(guān)系,。Krauzlis表示,，“魚也擁有基底神經(jīng)節(jié)，或者說新皮層,，其最早能夠回溯到連下頜都沒有的七爪鰻,。這些動物擁有一種簡單的基底神經(jīng)節(jié)形式，其中一些擁有相同的回路結(jié)構(gòu),。”魚的神經(jīng)回路也許能夠?yàn)槲覀兘议_腦部注意力機(jī)制的演變之謎,。

Halassa認(rèn)為，注意力與基底神經(jīng)元之間的聯(lián)系，可能為注意力缺陷多動障礙以及自閉癥等疾病找到可靠的解釋方式,。這類病癥的常見表現(xiàn),，就是對某些類型的輸入信息特別敏感。

但基底神經(jīng)節(jié)最有趣的事實(shí)之一,，在于該結(jié)構(gòu)通常與運(yùn)動控制有關(guān),。而且近期研究也發(fā)現(xiàn)，基底神經(jīng)節(jié)確實(shí)與學(xué)習(xí)獎勵,、決策以及其他基于動機(jī)的行為有所關(guān)聯(lián),。

隨著Halassa實(shí)驗(yàn)室研究成果的發(fā)布，如今基底神經(jīng)節(jié)的作用已經(jīng)正式擴(kuò)展至感知控制領(lǐng)域,。Maunsell解釋道,，這也凸顯出新的事實(shí)，“注意力的本質(zhì)在于按照正確的順序進(jìn)行排序,，以確保大腦不會被不應(yīng)分心的事物所干擾,。從某種意義上講，這也與基底神經(jīng)節(jié)的運(yùn)動結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)有著和諧的邏輯關(guān)系,。基底神經(jīng)節(jié)應(yīng)該負(fù)責(zé)決定下一步要做什么,，而這也涉及下一步應(yīng)該把資源集中在什么身上。”

這與基于主動推理過程的注意力（以及整體認(rèn)知水平）提升觀點(diǎn)同樣并行不悖,。大腦會主動從環(huán)境當(dāng)中提取信息,，而后對觀察到的外部刺激做出反應(yīng)。反之亦然,，身體通過運(yùn)動——包括眨眼這類微小的活動——對感知進(jìn)行引導(dǎo),。Fiebelkorn解釋道，感知與運(yùn)動系統(tǒng)“并非彼此獨(dú)立,，而是共同演進(jìn),。”因此，運(yùn)動區(qū)域不僅有助于塑造輸出（表現(xiàn)為動物的某種行為）,，同時也有助于調(diào)整輸入,。Halassa的發(fā)現(xiàn)，為這種主動作用提供了更穩(wěn)固的理論基礎(chǔ),。

阿姆斯特丹大學(xué)認(rèn)知科學(xué)家Heleen Slagter指出,，“感知服務(wù)于行動，因?yàn)槲覀冃枰紫日J(rèn)識世界,，之后才能改變世界,。我們通過動作引導(dǎo)來學(xué)習(xí)如何感知周邊環(huán)境。”與皮層之間的高度互連結(jié)構(gòu)表明,，即使在注意力機(jī)制之外,，這些皮層下結(jié)構(gòu)在高級感知中的作用也比我們以往認(rèn)為的重要得多,。

這反過來又能幫助我們探索「意識」的形成。意識是神經(jīng)科學(xué)當(dāng)中最難以捉摸的主題,。Maunsell表示,，正如Halassa等相關(guān)研究所得出的結(jié)論，“當(dāng)我們研究注意力與神經(jīng)之間的關(guān)聯(lián)時,，實(shí)際上也是在研究注意力感知的神經(jīng)相關(guān)性,。此次發(fā)現(xiàn)，有望成為大腦工作原理研究這一廣闊愿景中的重要組成部分,。”

Slagter目前正在研究基底神經(jīng)節(jié)在意識當(dāng)中發(fā)揮的作用,。她總結(jié)道，“我們不僅在操縱自己的身體,，也通過自己的身體體驗(yàn)整個世界,。大腦負(fù)責(zé)表達(dá)這個世界，以引導(dǎo)我們在其中采取有意義的行動,。因此我認(rèn)為,，有意識的體驗(yàn)必然與行動緊密關(guān)聯(lián)，”集中注意力就是其中的典型表現(xiàn),。“意識,，應(yīng)該以行動為導(dǎo)向。”