貓頭鷹幫助科學家揭開大腦如何吸引注意力的秘密

通過對倉鸮的研究，約翰霍普金斯大學的科學家認為，他們已經(jīng)邁出了重要的一步，解決了大腦如何選擇最關(guān)注的長期謎團。最新一期《細胞報告》雜志的封面文章可能適用于包括人類在內(nèi)的所有動物，并對注意力缺陷障礙等疾病引起的大腦問題提供了新的見解。

“世界上有一百萬種東西轟炸我們的眼睛、耳朵、皮膚和其他感覺器官。在所有這些事情中，我們最需要關(guān)注哪些特殊信息來驅(qū)動我們的行為？”合著者約翰霍普金斯大學的神經(jīng)科學家Shreesh Mysore說。“我們的工作為大腦如何解決問題的關(guān)鍵組成部分提供了一個非常漂亮的答案?！北M管對動物前腦的研究已經(jīng)進行了幾十年，但科學家們還沒有找到一個很好的答案來解決大腦如何決定關(guān)注什么的問題。相反，研究人員決定研究中腦，這是從魚類和哺乳動物到鳥類和人類的各種大腦進化的一個古老部分。

“所有的動物都需要注意可能影響我們生存的事情，但我們并不都有高度發(fā)達的前腦，”同時也是心理學和腦科學助理教授的邁索爾說。研究人員選擇貓頭鷹進行研究，因為它們不僅有清晰的視覺和聽覺，而且像所有鳥類一樣，它們的中腦組織使跟蹤特定神經(jīng)元的活動相對容易。

在這里，研究人員在監(jiān)視器上展示了15只貓頭鷹的視覺刺激，并測量了它們中腦中單個神經(jīng)元的活動。他們的發(fā)現(xiàn)令人費解，出乎意料。雖然單個神經(jīng)元通常編碼地形上的視覺空間，這意味著相鄰的神經(jīng)元編碼世界相鄰部分的空間，但在這里，他們發(fā)現(xiàn)單個神經(jīng)元對幾個位置做出反應，有時相距很遠。

為了找出為什么這些神經(jīng)元增加了一倍甚至三倍，第一作者，電氣和計算機工程博士候選人Nagaraj Mahajan設計了一個模型。他發(fā)現(xiàn)，如果神經(jīng)元需要向世界上最重要的位置發(fā)出信號，無論視覺輸入來自哪里，它們在保持新陳代謝和布線成本的同時對空間進行編碼的唯一可能方式就是神經(jīng)元數(shù)量少于世界，每個神經(jīng)元編碼多個不同的位置。真正貓頭鷹的大腦幾乎完全符合這些計算出來的預測。

當他們計算中腦神經(jīng)元時，它們比可能的位置少40%。單個神經(jīng)元代碼的位置是通過組合原理來組織的，就像數(shù)獨難題的解一樣。邁克爾說：“這是第一次為我們提供了大腦如何在所有可能的位置上解決選擇問題的答案。”“我們現(xiàn)在擁有的是一個基本和普遍問題的令人滿意的答案。希望這項研究的見解能夠很好地總結(jié)為人類?！?

該團隊希望通過了解大腦如何在神經(jīng)層面解決注意力問題，能夠?qū)ψ⒁饬θ毕?多動障礙或多動癥等疾病中的問題做出明智的預測。邁索爾說：“我們的想法是，這些中腦神經(jīng)元可能是解決無法集中注意力的難題的關(guān)鍵?！斑@是基礎(chǔ)研究，但它正在建立一種理念，即它最終可以在患者身上進行測試，如果我們幸運的話，它可以幫助我們提出治療方法。”

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