脑科学| 注意力不集中时,大脑中发生了什么变化?

来源:澳门威利斯人官方网站 时间:2018-04-09浏览:1

咚咚咚,讲台上的老师敲了几下黑板,然后说到:“请各位同学集中注意力,我们要开始上课了。”这大概是每个人在学生时代都经历过的场景。虽然老师已经善意提醒,但是我们还是避免不了在上课的时候走神,笔者的学生时代也不例外。不过,偶尔的走神问题不大,但如果经常性的整节课都无法集中注意力,可能就要去看医生了。事实上,很多精神类疾病都表现为注意力不集中,如精神分裂症、抑郁症、双向情感障碍、注意力缺陷多动障碍(ADHD)等。那么,注意力不集中时,大脑中发生了什么变化呢?

注意力分为内源性注意力和外源性注意力。其中内源性注意力来自于高级皮层自上而下(top-down)的调控,而外源性注意力则来自于感知系统自下而上(bottom-up)的输入。举个例子,如果让你在这篇文章中找到Neuron这个单词,就需要内源性注意力,由于这篇文章大部分内容是汉字,少数的几个英文单词会比较显眼,所以找起来也容易些,你可以再试试在文章中找到“明显”这个词,可能就要困难一些了,所以,内源性注意任务是有难易之分的,通过刚才的小实验你应该体会到了。那什么是外源性注意力呢?比如你正在一条荒无人烟的道路上行走,突然身边有一辆汽车疾驰而过,如果你发现了汽车,就是外源性注意力的体现。

在过去的几十年中,关于注意力的研究层出不穷,但受到研究方法和实验技术的限制,注意力的神经机制仍不甚清晰。近期,来自美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的梅林教授团队针对内源性注意力的神经机制进行了研究,研究结果于4月5日在线发表在Neuron上。

该研究的实验对象是小鼠,小鼠需要完成一项注意力任务。鼠笼里有5盏灯,每隔一段时间,就会有一盏灯亮起一小段时间,小鼠要做的就是用鼻子去触碰这盏灯,如果触碰了刚才亮的那盏灯,就会得到食物奖励。小鼠的表现分为正确和错误(error)两种,正确就是触碰了刚才亮的那盏灯(correct),而错误的表现又分为三种情况,一种是触碰了错误的灯(incorrect),一种是在灯亮了后并没有触碰(omission),一种是在灯还没有亮起时就去触碰(premature)。腹侧海马皮层(ventral hippocampus cortex, vHPC)和前额叶皮层(prefrontal cortex, PFC)是内源性注意的关键区域,因此,在小鼠完成注意力任务的同时,研究者记录了小鼠vHPC和PFC的神经活动。

通过分析vHPC和PFC的神经活动,研究者发现,在正确(注意力集中)的实验试次中,vHPC和PFC的神经活动有很好的同步性,而在错误(注意力不集中)的实验试次中,vHPC和PFC的神经活动同步性下降,尤其是位于delta (0.5–4 Hz) 和theta (4–12 Hz)频率的神经活动同步性显著地下降了。

 

研究者猜测,同步性下降很可能是vHPC-PFC神经环路中GABA能抑制型神经元的活动减弱导致的。为了进一步探究vHPC和PFC同步性下降的神经机制,研究者利用基因工程的方法敲除了小鼠的ErbB4基因。缺乏这种基因的小鼠的GABA能抑制型神经元活动会降低,且这些小鼠在注意力任务实验中表现出了明显的注意力不集中行为,其忽视亮灯(omission)的实验试次比例显著地高于对照组的小鼠。

尽管抑制型神经元的数量远少于兴奋型神经元(皮层中抑制型神经元和兴奋型神经元的比例是1:4),但抑制型神经元在维持神经回路的功能中扮演着重要的角色。该研究表明,在PFC和vHPC的神经通路中,由于抑制型神经元的活跃程度降低,导致了注意力不集中的行为。另外,ErbB4基因是精神分裂症和抑郁症的易感基因(susceptibility gene),因此,ErbB4基因异常引起的GABA能抑制型神经元活跃程度降低很可能是精神分裂症等精神类疾病患者注意力不集中的原因。

 

 

参考文献:

Tan et al., Dynamic ErbB4 Activity in Hippocampal-Prefrontal Synchrony and Top-Down Attention in Rodents[J]. Neuron, 2018.

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