想象一下，在一個喧鬧的聚會上，你試圖專注于一個朋友的聲音；當你閱讀時，你試圖屏蔽坐在你旁邊的人打電話的聲音。這兩項任務都需要你的大腦以某種方式抑制分散注意力的信號，這樣你就可以專注于你想聽到的目標聲音。
麻省理工學院的神經科學家們現在發現的一種大腦回路可以幫助我們做到這一點。他們識別出的回路由前額皮質控制，可以過濾掉不必要的背景噪音或其他分散注意力的感官刺激。當這個回路接通時，前額皮質會選擇性地抑制流入丘腦的感覺輸入，而丘腦是大多數感覺信息進入大腦的地方。
麻省理工學院麥戈文腦科學研究所成員、該研究的資深作者、大腦與認知科學助理教授MichaelHalassa表示：“這是一種以目標導向的方式清除所有輸入信號的基本操作。”
研究人員現在正在探索這個回路的損傷是否與自閉癥患者對噪音和其他刺激的超敏反應有關。
麻省理工學院博士后Miho Nakajima是這篇發表在6月12日《神經元》(Neuron)雜志上的論文的主要作者。研究科學家L. Ian Schmitt也是這篇論文的作者之一。
我們的大腦不斷受到感官信息的轟炸，而我們能夠自動地忽略大部分信息。其他干擾性更強的信息，比如鄰座的電話交談，則需要我們有意識地抑制。
在2015年的一篇論文中，Halassa和同事們探索了如何在不同類型的感覺輸入之間有意識地轉移注意力，方法是訓練老鼠在視覺和聽覺線索之間轉換注意力。他們發現，在這項任務中，老鼠會抑制其他無關的感覺輸入，從而專注于能給它們帶來回報的線索。
這一過程似乎起源于前額皮質(PFC)，它對復雜的認知行為（如計劃和決策）至關重要。研究人員還發現，當老鼠專注于聲音提示時，它們丘腦中處理視覺的部分受到抑制。然而，從前額皮質到感覺丘腦之間并沒有直接的物理連接，所以目前還不清楚PFC是如何發揮這種控制作用的，Halassa說。
在這項新的研究中，研究人員再次訓練老鼠在視覺和聽覺刺激之間轉換注意力，然后映射涉及到的大腦連接。他們首先通過系統地抑制每個目標上的PFC投射終端來檢測對這項任務至關重要的PFC的輸出。他們發現，當老鼠專注于聽覺提示時，PFC與大腦紋狀體區域的連接對于抑制視覺輸入是必要的。
進一步的映射顯示，紋狀體隨后將輸入信號發送到一個叫做蒼白球的區域，蒼白球是基底神經節的一部分。然后基底神經節抑制丘腦中處理視覺信息的部分的活動。
通過類似的實驗設置，研究人員還發現了一個平行回路，當老鼠注意到視覺提示時，平行回路會抑制聽覺輸入。在這種情況下，這個回路通過與聲音（而非視覺）處理有關的紋狀體和丘腦。
Halassa說，這些發現提供了一些初步的證據，證明對計劃運動至關重要的基底神經節在控制注意力方面也發揮了作用。
“我們意識到，在這個層面上，PFC和感覺處理之間的聯系是通過基底神經節來調節的，從這個意義上說，基底神經節影響著感覺處理的控制，”他說。“我們現在非常清楚基底神經節是如何參與純粹的與運動準備無關的注意力過程的。”
研究人員還發現，同樣的回路不僅用于在不同類型的感覺輸入(如視覺和聽覺刺激)之間進行切換，而且還用于抑制同一感官內分散注意力的輸入——例如，在專注于某個人的聲音時屏蔽背景噪音。
研究小組還發現，當老鼠們發現接下來的任務將面臨很多干擾時，它們的表現實際上會提高，因為它們利用這個回路來集中注意力。
“這項研究使用了一系列神經回路解剖技術，以識別一條連接前額皮質、基底神經節和丘腦網狀核的通路，該通路使小鼠大腦增強相關的感覺特征，并在適當的時候抑制干擾。”哈佛大學醫學院耳鼻喉科副教授Daniel Polley說，他沒有參與這項研究。“通過將復雜的感覺刺激在到達大腦皮層之前簡化到核心相關特征，我們的大腦皮層可以更有效地編碼感覺世界的基本特征。”
Halassa的實驗室目前正在對老鼠進行類似的實驗，這些老鼠經過基因改造后，其癥狀與自閉癥患者相似。Halassa說，自閉癥譜系障礙的一個共同特征是對噪音過敏，這可能是由于大腦回路的損傷造成的。他現在正在研究增加這個回路的活性是否可以降低對噪音的敏感度。
他說：“控制噪音一直是自閉癥患者的困擾。現在，我們可以開始研究這條通路上的多個節點，從而試圖理解這一點。”
