神经科学家追踪大脑中过滤不需要的感官输入的回路

想象一下，在一个嘈杂的聚会上，你试图专注于一个朋友的声音，或者在公共汽车上，当你试图阅读时，你试图屏蔽住坐在你旁边的人的电话交谈。这两项任务都需要你的大脑以某种方式抑制分散注意力的信号，这样你才能专注于你所选择的输入。

麻省理工学院的神经科学家现在已经确定了一种大脑电路可以帮助我们做到这一点。他们确定的电路，是由前额叶皮层，过滤掉不需要的背景噪音或其他分散注意力的感官刺激。当这个回路被激活时，前额叶皮层会选择性地抑制感觉输入，因为它会流入丘脑，而丘脑是最容易感觉信息进入大脑。

“这是一项以目标导向的方式清理所有传入信号的基本操作，”大脑和认知科学助理教授、麻省理工学院麦戈文大脑研究所成员、该研究的资深作者迈克尔·哈拉萨(Michael Halassa)说。

研究人员现在正在探索这一回路的损伤是否可能与自闭症患者对噪音和其他刺激的过度敏感有关。

MIT博士后Miho Nakajima是这篇论文的主要作者，该论文发表在6月12日的《美国科学与技术》杂志上神经元．研究科学家L. Ian Schmitt也是这篇论文的作者之一。

转移注意力

我们的大脑不断受到感官信息的狂轰滥炸，我们甚至可以在没有意识到的情况下自动屏蔽掉其中的大部分信息。其他干扰性更强的事情，比如邻座的电话，需要有意识地去抑制。

在2015年的一篇论文中，Halassa和他的同事们通过训练老鼠在视觉和听觉线索之间切换注意力，探索了如何在不同类型的感官输入之间有意识地转移注意力。他们发现，在这项任务中，老鼠抑制了相互竞争的感官输入，使它们能够专注于能让它们获得奖励的线索。

这一过程似乎起源于前额叶皮层(PFC)，这一区域对于规划和决策等复杂认知行为至关重要。研究人员还发现，当动物专注于声音线索时，丘脑中处理视觉的部分受到抑制。然而，前额叶皮层和感觉丘脑之间没有直接的物理联系，所以尚不清楚前前额叶是如何施加这种控制的，Halassa说。

在新的研究中，研究人员再次训练老鼠在视觉和听觉刺激之间切换注意力，然后绘制相关的大脑连接图。他们首先通过系统地抑制每个目标上的PFC投影终端，检查了对这项任务至关重要的PFC输出。这使得他们发现，当动物注意到听觉线索时，PFC与大脑纹状体的连接对于抑制视觉输入是必要的。

进一步的绘图显示，纹状体随后向一个叫做苍白球的区域发送信息，苍白球是基底神经节的一部分。基底神经节会抑制丘脑中处理视觉信息部分的活动。

通过类似的实验设置，研究人员还发现了一个平行电路，当动物注意到视觉线索时，它会抑制听觉输入。在这种情况下，电路通过纹状体和丘脑的部分，这些部分与处理声音有关，而不是视觉。

Halassa说，研究结果提供了一些初步证据，证明已知的对计划运动至关重要的基底神经节也在控制注意力方面发挥作用。

他说:“我们在这里意识到，在这个水平上，PFC和感觉处理之间的联系是通过基底神经节介导的，从这个意义上说，基底神经节影响感觉处理的控制。”“我们现在非常清楚如何基底神经节可能涉及纯粹的注意力过程，与运动准备无关。”

噪声敏感

研究人员也发现了同样的情况电路雇用的不仅仅是在不同的类型之间切换感觉输入比如视觉和听觉刺激，还可以抑制同一感觉下分散注意力的输入——例如，在专注于一个人的声音时屏蔽背景噪音。

该团队还表明，当动物被提醒到任务将会有噪音时，它们的表现实际上会提高，因为它们使用这个电路来集中注意力。

哈拉萨的实验室现在正在老鼠身上做类似的实验，这些老鼠经过基因改造，会出现与自闭症患者相似的症状。自闭症谱系障碍的一个共同特征是对噪音过度敏感，这可能是由这方面的障碍引起的大脑电路哈拉萨说。他现在正在研究提高这个电路的活性是否会降低对噪声的敏感度。

“控制噪音是自闭症患者一直存在的问题，”他说。“现在，我们可以开始研究这个路径中的多个节点，试图理解这一点。”