我们如何排除干扰

想象一下，在一个喧闹的聚会上，你试图专注于一个朋友的声音，或者当你试图阅读时，你试图屏蔽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干扰信号，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发现了一种大脑回路，可以帮助我们做到这一点。他们所识别的回路由前额皮质控制，可以过滤掉不必要的背景噪音或其他分散注意力的感官刺激。当这个回路被激活时，前额皮质会选择性地抑制进入丘脑的感觉输入，而丘脑是大多数感觉信息进入大脑的地方。

麻省理工学院麦戈文大脑研究所(MIT ‘s McGovern Institute for brain Research)的大脑与认知科学助理教授、该研究的资深作者迈克尔·哈拉萨(Michael Halassa)表示:“这是一个以目标导向的方式清除所有传入信号的基本操作。”

研究人员现在正在探索，这个回路的损伤是否与自闭症患者对噪音和其他刺激的过敏有关。

麻省理工学院博士后Miho Nakajima是这篇发表在6月12日出版的《神经元》杂志上的论文的主要作者。研究科学家L. Ian Schmitt也是这篇论文的作者之一。

转移注意力

我们的大脑不断受到感官信息的轰炸，我们能够自动地忽略大部分信息，甚至没有意识到。其他干扰性更强的干扰，比如邻座的电话交谈，需要有意识地抑制。

在2015年的一篇论文中，Halassa和他的同事通过训练老鼠在视觉和听觉提示之间转换注意力，探索了如何在不同类型的感官输入之间有意识地转移注意力。他们发现，在这项任务中，老鼠会抑制相互竞争的感官输入，让它们专注于能给它们带来回报的线索。

这一过程似乎起源于前额皮质(PFC)，它对复杂的认知行为(如计划和决策)至关重要。研究人员还发现，当动物专注于声音线索时，丘脑中处理视觉的部分受到抑制。然而，前额皮质和感觉丘脑之间并没有直接的物理联系，所以目前还不清楚PFC是如何发挥这种控制作用的，Halassa说。

在新的研究中，研究人员再次训练老鼠在视觉和听觉刺激之间转换注意力，然后绘制出相关的大脑连接图。他们首先检查了对这项任务至关重要的PFC的输出，方法是系统地抑制每个目标的PFC投影终端。这让他们发现，当动物注意到听觉提示时，与大脑纹状体区域的PFC连接对于抑制视觉输入是必要的。

进一步的图谱显示，纹状体随后将输入信号发送到一个叫做苍白球的区域，这是基底神经节的一部分。然后基底神经节抑制丘脑处理视觉信息的部分的活动。

通过类似的实验设置，研究人员还发现了一个平行回路，当动物注意到视觉提示时，它会抑制听觉输入。在这种情况下，该电路通过纹状体和丘脑的部分，这些部分与处理声音有关，而不是视觉。

Halassa说，这些发现提供了一些最初的证据，证明基底神经节在控制注意力方面也发挥了作用。众所周知，基底神经节对计划运动至关重要。

他说:“我们在这里认识到，在这个层次上，PFC和感觉处理之间的联系是通过基底神经节介导的，从这个意义上说，基底神经节影响着对感觉处理的控制。”“我们现在非常清楚基底神经节是如何参与纯粹的注意力过程的，而这与运动准备无关。”

噪声敏感

研究人员还发现，同样的电路不仅用于在不同类型的感官输入(如视觉和听觉刺激)之间切换，还用于抑制同一种感官内分散注意力的输入——例如，在专注于一个人的声音时屏蔽背景噪音。

研究小组还发现，当动物被告知任务将会很嘈杂时，它们的表现实际上会提高，因为它们利用这个回路来集中注意力。

“这项研究使用一系列眼花缭乱的神经回路技术解剖识别分布式通路,前额皮质与丘脑网状核的基底神经节,使小鼠大脑提高相关感官特性和抑制干扰在合适的时刻,”丹尼尔·波莉说,哈佛医学院耳鼻喉科副教授,他并没有参与这项研究。“通过减少复杂的感觉刺激，只保留丘脑的核心相关特征——在到达大脑皮层之前——我们的大脑皮层可以更有效地编码感觉世界的基本特征。”

Halassa的实验室目前正在对老鼠进行类似的实验，这些老鼠经过基因工程处理，其症状与自闭症患者相似。Halassa说，自闭症谱系障碍的一个共同特征是对噪音过敏，这可能是由于大脑回路受损造成的。他现在正在研究是否提高这个电路的活性可以降低对噪音的敏感度。

“控制噪音一直是自闭症患者的难题，”他说。“现在我们可以开始研究这条通路上的多个节点，试图理解这一点。”

这项研究由美国国家精神卫生研究院(National Institutes of Mental Health)、美国国家神经疾病和中风研究所(National Institute of neurodisorders and Stroke)、西蒙斯基金会(Simons Foundation)、阿尔弗雷德·p·斯隆基金会(Alfred P. Sloan Foundation)、艾斯特·a·和约瑟夫·克林根斯坦基金会(Esther A. and Joseph Klingenstein Fund)以及人类前沿科学项目(Human Frontier Science Program)资助。