我們可以在嘈雜的房間裡彼此交談，或是從雜亂無章的雜物中找到鑰匙。儘管周圍有其他大量的資訊刺激感官，但我們仍能專注於眼前重要的事物。

 

　　神經科學家過去認為注意力就像舞台上的聚光燈，沒有照到的地方陰暗，而照到的地方明亮顯眼，幾十年來他們一直想找出控制「聚光燈」的機制，因此把研究焦點圍繞在大腦皮層上：大腦皮層為大腦外部的分層結構，通常與智商和高階認知有關，而大腦皮層的神經活動能透過增強特定感覺來強調特定資訊。

 

　　但越來越多的研究發現剛好相反，大腦其實是用「過濾」的方式先批次篩選掉不重要的事物，使我們注意到重要的事物。也就是說，大腦是在「抑制資訊」而非「增強資訊」。更重要的是，科學家發現這個過程涉及到大腦深處更古老的區域，而我們通常不認為它與注意力有關聯。

 

　　由於注意力似乎與意識和其他複雜的認知功能密切相關，因此科學家長久以來斷定它是一種皮層現象。1984年，研究DNA結構聞名的法蘭西斯‧克里克（Francis Crick）提出，注意力聚光燈是由大腦深處名為「丘腦」的區域所控制，丘腦的一部分接收來自感覺區域的輸入，並將資訊回傳至大腦皮層。他的理論認為感覺丘腦不僅是中繼站（橋梁），而且還兼任看門人（過濾器）阻擋部分資訊的流動，從而建立一定程度的注意力。

 

 

　　幾十年過去了，科學家並沒有找到一個確切的實際機制，最主要是因為動物注意力的實驗方法不容易設計。但這沒有阻止麻省理工學院麥戈文大腦研究所的神經科學家邁克‧哈拉薩（Michael Halassa）繼續嘗試。他想釐清資訊到達大腦皮層以前的感官輸入如何被過濾，並且找出克里克預測的過濾器。

 

　　他被一層名為丘腦網狀核（TRN）的抑制性神經元所吸引，它像殼般包覆著丘腦的其餘部分。當哈拉薩還是博士後研究員的時候，他已經在這塊區域發現一個大概的門控等級：丘腦網狀核似乎能在動物清醒時，讓感覺輸入通過來留意周遭環境，並在動物睡著時抑制感覺輸入。

 

　　2015年，哈拉薩和同事發現了另一種更精細的門控等級，進一步證明了丘腦網狀核正是克里克所尋找的—部分回路。研究團隊在實驗中使用現有技術來開關實驗鼠不同大腦區域的活動，以觀察哪個大腦區域干擾了動物行為。結果發現，向大腦其他部分發出高階指令的前額葉皮層至關重要：如果前額葉皮層認定一種感覺為干擾，那丘腦網狀核就會去抑制它。舉例來說，如果實驗鼠需要優先處理聽覺，前額葉皮層就會告訴視覺丘腦網狀核「增強運作以抑制丘腦的視覺活動，因為我們不需要不重要的視覺數據」。

 

　　因此，注意力聚光燈的比喻正好相反：因為大腦並沒有照亮特定的刺激，而是降低（過濾）其他刺激的亮度。

 

 

　　儘管研究取得成效，但研究團隊發現了另一個問題。他們雖然證實了克里克的推測，即「前額葉皮層為控制丘腦感覺輸入資訊的過濾器」，但前額葉皮層與丘腦網狀核的感知部分並沒有任何的直接連結，也就是說回路路徑上缺少了一段。

 

　　直到最近，哈拉薩和同事才終於找到消失的部分，其結果為注意力研究指明了新的方向。

 

　　研究團隊採用與2015年研究類似的實驗方法，並著重在各個大腦區域對彼此功能的影響，以及它們之間的神經元連結。結果發現，整個回路是從前額葉皮層出發到達更深層的「基底核」（通常與運動控制和其他功能相關），然後才到丘腦網狀核和丘腦，最後再回到更高的皮層區域。因此，當無關的視覺資訊從眼睛傳遞到視丘時，它幾乎可以立即被攔截：基底核能按照前額葉皮層的指令介入，並啟動丘腦網狀核來過濾多餘的外部刺激。

 

　　未參與研究的國家眼科研究所（National Eye Institute）神經學家理查‧克勞茲利斯（Richard Krauzlis）說：「這是一個耐人尋味的回路過程，我認為過去從沒有人如此描繪。」

 

　　此外，他們還發現這種機制不只是過濾掉單一感覺資訊，以提高其他感覺的注意力：它還會在單一感覺資訊內繼續過濾。當實驗鼠被提示要注意某種聲音時，丘腦網狀核會抑制聽覺資訊內不相關的背景噪音。羅徹斯特大學神經學家杜傑‧塔丁（Duje Tadin）表示：「這樣對感覺處理的影響，比純粹抑制某種感官的整個丘腦區域還更精確。我們經常忽略了大腦擺脫不重要東西的方式，但我認為這是更有效的處理資訊方式。假設你在吵鬧的環境裡，除了選擇提高音量讓別人聽見，更好的方法或許是消除噪音來源。」

 

 

　　哈拉薩的發現表明，大腦比預期更早地拋棄了無關的感知。普林斯頓大學認知神經學家伊恩‧菲貝爾科恩（Ian Fiebelkorn）說：「有趣的是，在資訊到達視覺皮層以前，就已經開始進行過濾了。」

 

　　然而，大腦以這種方式拋棄感官資訊存在一個明顯弱點：假如被拋棄的感知資訊其實出乎意料地重要，那又該怎麼辦？菲貝爾科恩的研究表明，大腦有辦法避免這種風險發生。他說：「當人們想像注意力聚光燈時，他們覺得應該是一束穩定、不間斷的光線，為動物照亮應該投入認知資源的位置，但我的研究表明事實並非如此。相反地，這是一盞不斷閃爍的聚光燈。」

 

　　根據菲貝爾科恩的發現，注意力聚光燈大約每秒會變弱四次，或許就是為了防止動物過度注意單一位置或刺激。這種對重要事物的短暫抑制間接地增強周圍其他刺激，讓大腦有機會在必要時把注意力轉移到其他事物上，他說：「大腦似乎週期性地分散注意力。」

 

　　這些研究代表一個關鍵的轉變：注意力曾經被認為是大腦皮層單獨控制的區域，但在過去五年中，科學家逐漸發現大腦皮層之下也存在不少重要的活動。」

 

 

參考報導：Quanta