近日，Queensland大学的研究人员发现了大脑中的一个关键机制，该机制可能是大脑迅速集中注意力的基础。在日常生活中，我们的大脑不断的接收来自大量感官神经的海量信息，然而大脑对这些输入信息的警觉程度是不同的，会关注一部分信息，而忽略另外一些信息。
来源：Artwork by Lee Fletcher, Queensland Brain Institute, The University of Queensland
Queensland大学大脑研究所的Stephen Williams 教授解释说：“如果我们想全神贯注，大脑中会发生一些变化，来使我们能够集中注意力，并排除干扰。因此，肯定有一种机制来标识出大脑需要关注的事情，然而这种机制还没有被很好的理解。”
研究表明，当我们集中注意力时，大脑新皮质的电活动会发生变化。神经元停止彼此同步的信号传递，开始不同步的放电。这种不同步放电是有用的，因为这种方式使得单个神经元以不同的方式对感觉信息作出反应。因此，你可以把注意力集中在一辆在路上超速行驶的汽上车，或者在拥挤的房间的一个朋友所说的话上。
Williams 教授解释说：“胆碱能神经系统由一组特殊的神经元组成，这些神经元合成并释放一种叫做乙酰胆碱的信号分子，这些神经元群在整个大脑中形成了广泛的连接。”
这种胆碱能神经系统不仅起着主控开关的作用，而且越来越多的证据表明，该系统可以在任何特定时刻帮助大脑识别哪种输入是最突出的，是最值得关注的，并将注意力集中于该输入。
胆碱能神经系统还被认为可能对我们的认知能力有着深远的影响，这是因为如果破坏动物的胆碱能神经系统，将极大地降低其认知能力和记忆的形成。更重要的是，在人类中，破坏性疾病常导致胆碱能系统的逐渐退化，这些疾病会使认知和记忆迟钝，如阿尔茨海默病。但是，作为主控开关的胆碱能神经系统，究竟瞄准了大脑皮层的哪些神经元，以及它是如何影响它们的功能的，这些都还不得而知。
Williams和QBI的研究院Lee Fletcher先了解，第5层的B-椎体神经元是否参与其中，该神经元是 新皮质的“输出”神经元，这些神经元负责感知世界。新皮质的输出神经元所进行的计算被认为是人类感知世界的基础。因此弄清楚胆碱能神经系统是否能够影响这些输出神经元的活动显得尤为重要。
他们利用一种叫做光遗传学的技术，对老鼠大脑中胆碱能神经系统的神经元进行了修饰，使它们在蓝光的照射下可以被激活，从而触发乙酰胆碱的突然释放。这使得研究人员能够密切监测胆碱能系统和输出神经元之间的相互作用。他们发现，如果输出神经元目前不活跃，则胆碱能系统也不反应。但是当这些神经元接受到树突的兴奋性输入时，胆碱能系统能够大量增加它们的活动。
Fletcher说：“这就像胆碱能系统发出了‘启动’信号，使新皮质的输出神经元能够作出有力的反应。”重要的是，这种变化是有选择性的，并且只有当兴奋性输入在“输出”神经元的树突中被处理时才明显。
Williams说：“以前我们就已经知道，只有当动物积极地进行行为时，大脑皮层输出神经元的树突才会变得活跃，这种活动与感知和任务表现相关。”这项新的研究表明，胆碱能系统对于小鼠和大鼠的这种转变至关重要，它允许输出神经元以一种状态依赖的方式进行计算。
Williams补充到：“我们认为这种转换也发生在人类的新皮质中，从而使我们能够快速地转换警惕和注意力的状态。这对了解疾病中胆碱能系统的渐进性退化如何削弱人类的认知有重要意义。”
Materials provided by University of Queensland. Note: Content may be edited for style and length.
Stephen R. Williams, Lee N. Fletcher. A Dendritic Substrate for the Cholinergic Control of Neocortical Output Neurons. Neuron, 2018; DOI: 10.1016/j.neuron.2018.11.035
University of Queensland. (2018, December 27). How the brain enables us to rapidly focus attention. ScienceDaily. Retrieved January 2, 2019 from www.sciencedaily.com/releases/2018/12/181227102057.htm
网友评论