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注意和工作记忆同一枚神经硬币的两面

1890年,心理学家威廉·詹姆斯(William James)将注意力描述为我们关注的焦点,不仅是我们对周围世界的关注,也是对我们思想内容的关注。从那时起,大多数认知科学家对詹姆士所说的“感官注意力”和“智力注意力”(现在通常称为“注意力”和“工作记忆”)进行了鲜明的区分,但詹姆斯将它们视为同一心理过程的两个变体。

普林斯顿大学神经科学家的新研究表明,詹姆斯正在研究某种事物,发现对外界的关注和对我们自己思想的关注实际上是同一枚神经硬币的两个方面。此外,他们观察到硬币在大脑内部翻转时的状态。

普林斯顿神经科学研究所的博士后研究员Matthew Panichello和普林斯顿大学心理学与神经科学助理教授蒂莫西·布希曼(Timothy Buschman)于3月31日在《自然》杂志上发表的一篇论文发现,注意力和工作记忆具有相同的神经机制。重要的是,他们的工作还揭示了记忆的神经表示在指导行为时是如何转变的。

“当我们根据感觉输入采取行动时,我们将其称为“注意力”,”布希曼说。“但是有一种类似的机制可以作用于我们牢记的思想。”

在对两只猕猴的实验中,研究人员发现前额叶皮层中专注于感觉刺激的神经元与专注于工作记忆中的神经元的神经元完全相同。更重要的是,Panichello和Buschman实际上观察到这些记忆在大脑中重新排列的神经表征,因为猴子选择了要作用的记忆。

在一个实验中,每只猴子都坐在计算机显示器和跟踪眼睛运动的照相机之前。监视器显示成对的随机选择的彩色正方形,一个在另一个之上。然后正方形消失了,要求猴子记住正方形的颜色和位置。短暂的停顿后,出现一个符号,告诉猴子应该从工作记忆中选择哪个正方形。然后,在再次暂停后,他们通过将所选方块与色轮匹配来报告所选方块的颜色。

为了执行此任务,每只猴子都需要将两种颜色保留在其工作记忆中,从记忆中选择目标颜色,然后在色轮上报告该颜色。每次回应后,猴子都会得到一滴汁液奖励。他们的报告越接近目标颜色,他们获得的液滴就越多。

在第二个实验中,为了将从工作记忆中选择的项与更经典的注意力任务进行比较,研究人员在看到彩色正方形之前向猴子指明了方向。这使猕猴将所有注意力都集中在指示的正方形上(而忽略了另一个)。正如预期的那样,猴子在此任务上的表现更好,因为它们事先知道要参加哪个广场并且要忽略哪个广场。

研究人员记录了前额叶皮层,顶叶皮层和视觉皮层的神经活动。前额叶皮层与各种执行功能过程相关,包括注意力,工作记忆,计划和抑制。在这项研究中,研究人员发现前额叶皮层中引起注意力的相同神经元也被用来从猴子的工作记忆中选择一个项目。

大脑中的每个地方都并非如此。在视觉皮层中与颜色识别相关的区域以及在顶叶中与视觉和空间分析相关的区域中,参与感觉输入和从工作记忆中选择目标颜色的过程涉及不同的神经机制。

“注意力可以使您将资源集中在特定的刺激上,而工作记忆中的项目也会发生类似的选择过程,”布希曼说。“我们的结果表明前额叶皮层使用一种表示来控制注意力和工作记忆。”

相同的神经记录还显示了选择项目如何改变记忆,从而使它们被隐藏在工作记忆中或用于做出反应。这涉及动态旋转前额叶皮层中的内存表示。

这可以比作拿着一张上面有文字的纸。如果您将纸张边缘紧贴在脸上,则无法阅读。布希曼解释说,这种隐瞒可以防止大脑触发错误的响应,或过早触发响应。

他说:“大脑以一种网络看不到的方式来保存信息。” 然后,当需要在试验结束时做出响应时,内存表示就会旋转。就像旋转纸可以阅读文本并对其进行操作一样,旋转神经表示可以使大脑指挥行为。

布希曼说:“这种动态变化让我震惊。” “它显示了大脑如何操纵工作记忆中的项目来指导您的行动。”

麻省理工学院神经科学家厄尔·米勒(Earl Miller)说:“这是一篇重要的论文。” “人们通常将注意力和工作记忆视为同一枚硬币的两个方面,但这主要是口头上的发言。本文说明了这种情况的真实性,并向我们展示了'硬币'-它们共享的编码和控制机制。”

布希曼说:“我们的目标不是覆盖'注意力'一词。” 相反,他希望可以将数十年来关于注意力的研究结果进行概括,以阐明其他形式的执行功能。“注意力已经被很好地研究为感觉输入的认知控制。我们的结果开始将这些概念扩展到其他行为。”

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