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神经科学家追踪一个过滤不需要的感觉输入的大脑回路

马萨诸塞州坎布里奇 - 想象一下,当你试图阅读时,试图在嘈杂的聚会上专注于朋友的声音,或阻挡坐在你旁边的人的电话交谈。这两项任务都需要你的大脑以某种方式抑制分散注意力的信号,这样你就可以专注于你选择的输入。

麻省理工学院的神经科学家现在已经确定了一个帮助我们做到这一点的大脑回路。他们识别的电路由前额叶皮层控制,滤除了不需要的背景噪音或其他分散注意力的感官刺激。当这个电路接合时,前额叶皮层在流入丘脑时选择性地抑制感觉输入,丘脑是大多数感觉信息进入大脑的部位。

“这是一项根据目标导向的方式清除所有信号的基本操作,”麻省理工学院麦戈文脑研究所成员,大脑和认知科学助理教授迈克尔·哈拉萨说。该研究的作者。

研究人员现在正在探索这种电路的损伤是否可能与对自闭症患者常见的噪声和其他刺激过敏有关。

麻省理工学院博士后Miho Nakajima是该论文的主要作者,该论文发表在6月12日的“神经元”杂志上。研究科学家L. Ian Schmitt也是该论文的作者。

转移注意力

我们的大脑不断受到感官信息的轰炸,我们能够自动调出大部分内容,甚至没有意识到。其他更具干扰性的干扰,例如你的同伴的电话交谈,需要有意识地努力压制。

在2015年的一篇论文中,Halassa及其同事探讨了如何通过训练老鼠将注意力转移到视觉和听觉提示之间来有意识地在不同类型的感官输入之间转换注意力。他们发现,在这项任务中,老鼠会抑制竞争性的感官输入,让他们专注于可以获得奖励的提示。

这个过程似乎起源于前额皮质(PFC),这对复杂的认知行为如规划和决策至关重要。研究人员还发现,当动物专注于声音提示时,处理视力的丘脑的一部分受到抑制。然而,从前额叶皮层到感觉丘脑没有直接的物理连接,所以目前还不清楚PFC是如何施加这种控制的,Halassa说。

在这项新研究中,研究人员再次训练小鼠将视线和听觉刺激之间的注意力转移,然后绘制所涉及的大脑连接。他们首先通过系统地抑制每个目标中的PFC投影终端来检查对此任务至关重要的PFC输出。这使他们发现当动物注意听觉提示时,PFC与称为纹状体的大脑区域的连接对于抑制视觉输入是必要的。

进一步的绘图显示,纹状体然后将输入发送到称为苍白球的区域,该区域是基底神经节的一部分。然后,基底神经节抑制处理视觉信息的丘脑部分的活动。

使用类似的实验装置,研究人员还发现了一种并行电路,当动物注意视觉提示时,它会抑制听觉输入。在这种情况下,电路穿过纹状体和丘脑的部分,这些部分与处理声音而不是视觉有关。

Halassa说,这些发现提供了一些第一个证据,即已知对计划运动至关重要的基底神经节也起着控制注意力的作用。

“我们在这里意识到,PFC与感觉处理之间的联系是通过基底神经节介导的,从这个意义上讲,基底神经节影响感觉处理的控制,”他说。“我们现在非常清楚地了解基底神经节如何参与与运动准备无关的纯粹注意力过程。”

噪音敏感度

研究人员还发现,相同的电路不仅用于在不同类型的感觉输入(例如视觉和听觉刺激)之间切换,而且用于在相同意义上抑制分散注意力的输入 - 例如,在聚焦于一个时抑制背景噪声人的声音。

该团队还表明,当动物被警告任务将会嘈杂时,他们的表现实际上会提高,因为他们使用这个电路集中他们的注意力。

Halassa的实验室现在正在对基因工程的小鼠进行类似的实验,以发现与自闭症患者相似的症状。Halassa说,自闭症谱系障碍的一个共同特征是对噪声过敏,这可能是由于脑电路的损伤引起的。他现在正在研究提高该电路的活性是否会降低对噪声的敏感度。

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