注意力和工作记忆:同一个神经硬币的两面?

3月31日，普林斯顿神经科学研究所(Princeton Neuroscience Institute)博士后研究员马修·帕尼切罗(Matthew Panichello)和普林斯顿大学心理学和神经科学助理教授蒂莫西·布希曼(Timothy Buschman)在《自然》(Nature)杂志上发表了一篇论文，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征在指导行为时是如何转变的。

　　

 

   

图片:普林斯顿大学的神经科学家Timothy Buschman和Matthew Panichello发现，注意力和工作记忆之间的联系比大多数现代认知科学家意识到的要紧密得多。图片来源:Timothy Buschman和Matthew Panichello提供

上世纪的心理学家威廉·詹姆斯(William James)认为“感官注意”和“智力注意”(现在通常被称为“注意力”和“工作记忆”)是同一心理过程的两种变化形式，但大多数认知科学家似乎更倾向于截然区分两者。

普林斯顿大学的神经科学家进行的一项新研究表明：詹姆斯说到了点子上。研究发现，对外部世界的关注和对自己思想的关注实际上是同一个神经系统的“硬币的两面”。更重要的是，他们观察了这“硬币”在大脑内翻转的过程。

3月31日，普林斯顿神经科学研究所(Princeton Neuroscience Institute)博士后研究员马修·帕尼切罗(Matthew Panichello)和普林斯顿大学心理学和神经科学助理教授蒂莫西·布希曼(Timothy Buschman)在《自然》(Nature)杂志上发表了一篇论文，阐明了“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征在指导行为时是如何转变的。

Buschman说:“当我们对感官输入信号做出反应时，我们称之为‘注意’。”“但有一种类似的机制可以对我们心中的想法做出反应。”

在对两只恒河猴进行的一组实验中，研究人员发现，前额叶皮层中专注于“感官刺激”的神经元，与专注于“工作记忆中的某个项目”的神经元是完全相同的。更重要的是，panichelo和Buschman实际上观察到，当猴子选择对哪些记忆采取行动时，这些记忆的神经表征在大脑中发生了重排（realigning）。

在一项实验中，每只猴子都坐在一台电脑显示器和一台跟踪它们眼球运动的摄像机前。显示器上显示的是随机选择的彩色方块对，一个在上一个在下。然后方块消失了，要求猴子记住方块的颜色和位置。短暂的停顿之后，一个符号出现了，告诉猴子他们应该从工作记忆中选择哪个方块。然后，在又一次停顿之后，他们通过将所选方块与色轮（color wheel）相匹配来报告所选方块的颜色。为了完成这项任务，每只猴子需要在他们的工作记忆中保留这两种颜色，从记忆中选择目标颜色，然后在色轮上报告该颜色。每次做出反应后，猴子都会得到几滴果汁作为奖励。他们的报告越接近目标颜色，他们获得的果汁就越多。

在第二个实验中，为了比较“工作记忆项目”和更经典的“注意力任务”的选择，研究人员在猴子看到彩色方块之前向它们指明了方向。这使得猕猴能够将所有的注意力集中在指定的方块上(忽略另一个方块)。正如预期的那样，猴子在这项任务中表现得更好，因为它们事先知道该关注哪个方块，忽略哪个方块。

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有关，包括注意、工作记忆、计划和抑制。在这项研究中，研究人员发现，在大脑前额叶皮层中引导注意力的神经元也同样被用于从猴子的工作记忆中选择一个项目。但是，在视觉皮层与颜色识别相关的区域和顶叶中与视觉和空间分析相关的区域，处理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。

Buschman说:“注意力可以让你把注意力集中在一个特定的刺激上，而工作记忆中也会发生类似的选择过程。”“我们的结果显示，前额叶皮层使用一种表征来控制注意力和工作记忆。同样的神经记录也显示了选择一个项目是如何改变记忆的——要么将其隐藏在工作记忆中，要么以之做出反应。这涉及到在前额叶皮层中的记忆表征的动态旋转。这就好比拿着一张写有文字的纸。如果你把纸面朝上拿着，就看不清字了。Buschman解释说，这种隐瞒可以防止大脑触发错误的反应，或者过早地触发反应。

“大脑以一种网络无法看到的方式保存信息，”然后，到了要做出反应的时候，记忆表征就会旋转。就像旋转纸张可以让你阅读和操作文字一样，旋转神经表征可以让大脑指导行为。这种动态的转变让人大吃一惊。“它展示了大脑如何操纵工作记忆中的项目来指导你的行动。”Buschman表示，“我们的目标不是重新改写‘注意力’这个词，”相反，他希望几十年来关于注意力的研究成果可以推广到其他形式的执行功能上。“注意力作为对感官输入的认知控制已经得到了充分的研究。我们的研究结果开始将这些概念扩展到其他行为。”

“这是一篇重要的论文，”麻省理工学院的神经科学家厄尔·米勒(Earl Miller)这样评价（他没有参与这项研究）。“注意力和工作记忆经常被讨论为一枚硬币的两面，但这主要只是口头上的说法。这篇论文向我们展示了这是多么的真实，同时也向我们展示了‘硬币’——他们共享的编码和控制机制。”