通過(guò)對(duì)倉(cāng)鸮的研究，約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家認(rèn)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(zhǎng)期謎團(tuán)。最新一期《細(xì)胞報(bào)告》雜志的封面文章可能適用于包括人類在內(nèi)的所有動(dòng)物，并對(duì)注意力缺陷障礙等疾病引起的大腦問(wèn)題提供了新的見(jiàn)解。
“世界上有一百萬(wàn)種東西轟炸我們的眼睛、耳朵、皮膚和其他感覺(jué)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(lái)驅(qū)動(dòng)我們的行為？”合著者約翰霍普金斯大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Shreesh Mysore說(shuō)?！拔覀兊墓ぷ鳛榇竽X如何解決問(wèn)題的關(guān)鍵組成部分提供了一個(gè)非常漂亮的答案?！北M管對(duì)動(dòng)物前腦的研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年，但科學(xué)家們還沒(méi)有找到一個(gè)很好的答案來(lái)解決大腦如何決定關(guān)注什么的問(wèn)題。相反，研究人員決定研究中腦，這是從魚類和哺乳動(dòng)物到鳥類和人類的各種大腦進(jìn)化的一個(gè)古老部分。
“所有的動(dòng)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(dá)的前腦，”同時(shí)也是心理學(xué)和腦科學(xué)助理教授的邁索爾說(shuō)。研究人員選擇貓頭鷹進(jìn)行研究，因?yàn)樗鼈儾粌H有清晰的視覺(jué)和聽覺(jué)，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(dòng)相對(duì)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(jué)刺激，并測(cè)量了它們中腦中單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。他們的發(fā)現(xiàn)令人費(fèi)解，出乎意料。雖然單個(gè)神經(jīng)元通常編碼地形上的視覺(jué)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(gè)神經(jīng)元對(duì)幾個(gè)位置做出反應(yīng)，有時(shí)相距很遠(yuǎn)。
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(jì)算機(jī)工程博士候選人Nagaraj Mahajan設(shè)計(jì)了一個(gè)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(hào)，無(wú)論視覺(jué)輸入來(lái)自哪里，它們?cè)诒３中玛惔x和布線成本的同時(shí)對(duì)空間進(jìn)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(gè)神經(jīng)元編碼多個(gè)不同的位置。真正貓頭鷹的大腦幾乎完全符合這些計(jì)算出來(lái)的預(yù)測(cè)。
當(dāng)他們計(jì)算中腦神經(jīng)元時(shí)，它們比可能的位置少40%。單個(gè)神經(jīng)元代碼的位置是通過(guò)組合原理來(lái)組織的，就像數(shù)獨(dú)難題的解一樣。邁克爾說(shuō)：“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(wèn)題的答案?！薄拔覀儸F(xiàn)在擁有的是一個(gè)基本和普遍問(wèn)題的令人滿意的答案。希望這項(xiàng)研究的見(jiàn)解能夠很好地總結(jié)為人類。”
該團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)了解大腦如何在神經(jīng)層面解決注意力問(wèn)題，能夠?qū)ψ⒁饬θ毕?多動(dòng)障礙或多動(dòng)癥等疾病中的問(wèn)題做出明智的預(yù)測(cè)。邁索爾說(shuō)：“我們的想法是，這些中腦神經(jīng)元可能是解決無(wú)法集中注意力的難題的關(guān)鍵。“這是基礎(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(jìn)行測(cè)試，如果我們幸運(yùn)的話，它可以幫助我們提出治療方法。”
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