科学家识别出控制注意力的特定大脑区域和回路

有机体实现目标所需要的注意力控制来自于两种能力:忽视干扰的专注力和抑制冲动的纪律性。麻省理工学院神经科学家的一项新研究表明，这些能力是独立的，但在一个大脑区域——蓝斑——中产生去甲肾上腺素的神经元的活动，通过针对前额皮质的两个不同区域来控制这两种能力。

“我们的研究结果表明，通过对目标区域的神经活动进行选择性调节，LC神经元激活在注意力控制的实施过程中发挥了基本的因果作用，”利内川进的研究小组的作者写道。Picower学习和记忆研究所和霍华德·休斯医学研究所的生物和神经科学理研-麻省理工学院神经电路遗传学实验室的教授。

药理和病变对注意力的控制在人类和其他哺乳动物的研究表明,norepinephrine-producing或去甲,LC神经元可能这个角色,但最令人信服的证据相关而不是因果关系,研究报告的主要作者说安德里亚·巴里Tonegawa实验室的研究科学家。在一项新的研究中美国国家科学院院刊，该团队通过使用光遗传学来特别控制小鼠LC去甲肾上腺素能神经元的时间和空间精度，证明了明确的因果关系，因为啮齿动物从事三种注意力控制任务。操作立即和可靠地影响啮齿动物的表现。

Bari说:“这是我们第一次证明，使用细胞特异性技术实时激活LC会导致这种效果。”

作者说，这些结果可以为更好地理解和治疗精神疾病做出重要贡献，在这些疾病中，注意力控制或其组成部分的能力受到损害，比如注意力缺陷和多动症(ADHD)。

“多动症患者可能同时患有注意力不集中和冲动，”合著者、研究科学家米歇尔·皮纳泰利说，“但也可能有主要表现为注意力不集中或表现为多动冲动的病例。”也许我们可以想出新的策略来对付不同类型的多动症。”

出乎意料的是，这项研究还提出了关于LC在焦虑中的作用的新问题，Bari说，因为令研究小组惊讶的是，刺激LC活动也恰好减少了小鼠的焦虑。

轨迹的焦点

在建立了对去甲肾上腺素能LC神经元进行双向光遗传控制的方法后——这意味着不同颜色的光可以刺激或抑制神经元的活动——研究人员在老鼠身上测试了每种操作的效果。在第一个任务中，这些啮齿动物必须等待7秒，然后用半秒的闪光来指示它们应该用鼻子戳两个通道中的哪一个以获得食物奖励。LC神经元受到光基因刺激的老鼠比没有受到光基因刺激的老鼠更经常正确地完成任务，并且做出更少的过早动作。LC神经元被抑制的老鼠完成任务的正确率更低(注意力更少意味着错过了闪光)，而且比正常情况下更容易抢先。

然后，研究人员用第二种行为范式对老鼠进行训练，该范式源自波斯纳空间暗示任务，该任务广泛应用于人类认知神经科学。在这项任务中，老鼠在看到标记正确入口的灯光之前(这次是3秒)，它们会看到一个“提示”闪光。有时提示在相反的一边，有时在中间，有时在正确的一边。LC刺激提高了正确的表现并抑制了冲动，而抑制又降低了正确的表现并增加了冲动，但是现在研究人员根据老鼠的反应时间发现了一些新的东西。Stimulated-LC老鼠的反应时间也差不多,因为他们专注于实际的目标,但inhibited-LC老鼠反应时间的变化,因为他们被cue-when是错误的一边他们反应慢于正常,提示正确的一侧时他们的反应速度更快。

在第三项任务中，这些老鼠在行为上受到挑战，在光基因上受到不同的操纵。这一次，在等待食物奖励位置的三秒钟信号时，老鼠面临着被不相关的光线持续分散注意力的可能性。结果与之前相同，但有一个例外。在没有干扰物的情况下，有3秒长的时间来注意信号，受抑制的lc小鼠没有在正确执行任务中失败。他们只在干扰物中显示出赤字。

真正获得注意力是否集中和冲动控制的核心是独立的,或可分离的,团队决定控制LC神经元活动和去甲肾上腺素释放不主的身体,而是只在他们的长期预测与前额叶皮层(PFC)的特定区域。继续Bari先前的一些研究和其他研究的提示，他们以背内侧前额叶皮层(dmPFC)和腹外侧眼窝前额叶皮层(vlOFC)为目标。在这些实验中，他们发现刺激LC连接到dmPFC增加了正确的表现，但没有减少过早反应。同时，在vlOFC中刺激LC连接并没有提高正确的性能，但确实减少了过早响应。

“我们在这里应用了行为、光遗传学和神经回路遗传技术，这为操作和记录LC去甲肾上腺素能神经元活动提供了高度的时间和细胞类型特异性，并证明了时间特异性LC去甲肾上腺素调节和注意力控制之间的因果关系，”作者写道。“我们的结果显示，行为的注意力控制是由两种可分离的蓝皮层通路的协同效应调节的，LC投射到dmPFC增强注意力，LC投射到vlOFC减少冲动性。”

更少的焦虑

测试显示LC刺激减少焦虑作为一种预防措施。皮格纳泰利说，许多研究表明，LC去甲肾上腺素神经元活动的增加会增加焦虑。这可能会损害老鼠为了寻找食物，或者可能会让他们太冲动，所以研究小组在开始注意力控制任务之前检查了焦虑的影响。

Bari说，LC刺激对焦虑的惊人益处可能是未来研究的一个有趣领域。他说他希望给它更多……的关注。

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