大脑的"断路器"：科学家揭示注意力控制新机制

大脑的"断路器"：科学家揭示注意力控制新机制

最新研究揭示了大脑中类似于"断路器"的神经机制，能够主动抑制无关信息，从而帮助我们集中注意力。这项研究通过记录猴子大脑活动和训练人工神经网络，发现了前额叶皮层中的特定神经回路在信息过滤中的关键作用。

研究人员分析了大脑中的特定神经回路，使其像断路器一样过滤信息。这一发现改变了我们对注意力如何工作的理解，表明大脑会主动阻止分散注意力的信息，而不是被动地让分心消失。

研究人员分析了大脑中的特定神经回路，使其像断路器一样过滤信息。 （Shutterstock AI发电机的图像）

研究发现

普林斯顿大学和冷泉港实验室的研究人员通过记录猴子大脑中数百个神经元和训练200个人工神经网络，证明了大脑似乎有自己的断路器版本，即专业的神经机制，这些机制会积极关闭无关的信息，而不是简单地忽略它。这些电路位于大脑的前额叶皮层中，这是我们眼睛背后负责复杂决策的区域。

研究团队对两只成年雄性恒河猴进行了专业训练任务。猴子需要根据初始形状（正方形或三角形）报告颜色或运动方向。通过记录数百个神经元（一只猴子中的727个，另一只猴子中有574个），研究人员发现了独特的神经回路，这些电路变得活跃以抑制无关的感觉信息。

当我们专注于一项任务时，我们的大脑在背景中工作以滤除干扰。 （peopleimages.com - yuri a/shutterstock）

为了验证这些发现，研究团队还训练了200个人工神经网络执行相同任务。这些人造网络开发了相似的抑制机制，表明这种活动抑制可能是智能信息处理的基本原则。

研究人员开发了一种新的分析方法——"潜在电路模型"，以理解这些复杂的神经网络。这种方法揭示了相对较小的神经元群体如何控制更大的网络以有效过滤信息。通过破坏这些抑制性电路，研究人员可以预测性地改变神经元活动，证实了他们的发现。

研究意义

这项研究不仅增进了我们对大脑工作机制的理解，还可能为治疗注意力障碍（如注意力缺陷多动障碍）提供新思路。此外，这些发现还可能启发人工智能系统的改进，使其能够更好地处理和过滤信息。

然而，研究人员也指出，这些应用需要大量的其他研究才能实现。目前的研究主要集中在视觉处理领域，未来还需要进一步研究来验证这些发现是否适用于其他类型的感觉处理和决策。

神经元的说明，这是大脑处理信息的关键细胞之一。 （vector_artist/shutterstock）

研究方法

研究人员使用了两种互补方法。首先，他们记录了两只成年男性恒河猴执行视觉决策任务的大脑活动。显示猴子的形状（正方形或三角形），然后是移动的彩色网格，必须根据初始形状报告颜色或运动方向。同时，研究人员记录了前额叶皮质中数百个神经元的记录。其次，他们创建了200个经过同一任务培训的人工神经网络。为了分析生物学和人工数据，他们开发了“潜在电路模型”，这是一个数学框架，可以识别神经活动中的关键模式。

研究限制

这项研究专门针对执行特定任务的雄性猴子的视觉处理。尽管这些发现可能适用于其他类型的感觉处理和决策，但这种需要通过其他研究确认。与真实的大脑相比，人工神经网络被简化了。此外，记录仅限于前额叶皮层，而其他大脑区域可能会导致注意力控制。

这项研究得到了美国国立卫生研究院的支持RF1DA055666和S10OD028632-01，Alfred P. Sloan基金会研究奖学金和Swartz基金会博士后研究金。作者没有宣布竞争利益。

该论文“在认知任务期间发出了来自异质神经反应的潜在电路推断”自然神经科学（2025年2月）。作者包括普林斯顿大学的Christopher Langdon和Tatiana A. Engel和Cold Spring Harbour Laboratory。