猫头鹰帮助科学家揭开大脑如何引起注意的秘密

通过研究谷仓猫头鹰，约翰斯·霍普金斯大学的科学家相信他们已经迈出了重要的一步，解决了大脑如何选择最值得关注的长期神秘面纱。最新一期“细胞报告”杂志的封面文章可能适用于包括人类在内的所有动物，并提供有关注意力缺陷症等疾病的大脑出现问题的新见解。

“世界上有一百万件东西轰炸我们的眼睛，耳朵，皮肤和其他感觉器官。在所有这些事情中，我们最需要注意的是什么特别的信息来驱动我们的行为?”共同作者，约翰霍普金斯大学神经科学家Shreesh Mysore说。“我们的工作为大脑如何解决问题的关键组成部分提供了一个非常漂亮的答案。”尽管研究了几十年的动物前脑，但科学家还没有找到一个很好的答案来解决大脑如何决定注意什么的问题。相反，研究人员决定研究中脑，这是从鱼类和哺乳动物到鸟类和人类的各种大脑的进化老部分。

“所有动物都需要注意可能影响我们生存的事物，但我们并不都有高度发达的前脑，”迈索尔说，他也是心理学和脑科学的助理教授。

研究人员选择猫头鹰进行研究，因为它们不仅具有清晰的视觉和听觉，而且像所有鸟类一样，它们的中脑组织方式使得追踪特定神经元的活动变得相对容易。在这里，研究人员在显示器上显示了15只猫头鹰的视觉刺激，同时测量了他们中脑中个体神经元的活动。他们发现的是令人费解和意想不到的。虽然单个神经元通常在地形上编码视觉空间，意味着相邻神经元编码世界相邻部分的空间，但在这里他们发现单个神经元响应几个位置的位置，有时相距很远。

为了找出这些神经元为什么会翻倍甚至翻三倍的原因，第一作者，电气和计算机工程博士候选人Nagaraj Mahajan设计了一个模型。他发现，如果神经元需要发出世界上最重要位置的信号，无论视觉输入来自何处，他们在保持新陈代谢和布线成本的同时编码空间的唯一可能方式是神经元数量少于世界，每个神经元编码多个不同的位置。真正的猫头鹰大脑几乎完美地匹配这些计算预测。

当他们统计中脑神经元时，它们比可能的位置少40%。个别神经元编码的位置是通过组合原理组织的，就像数独谜题解决方案一样。迈克尔说：“这首次为我们提供了关于大脑如何在所有可能的位置解决选择问题的答案。”“对于一个既基本又普遍的问题，我们现在所拥有的是一个令人满意的答案。有希望这项研究的见解可以很好地概括为人类。”该团队希望通过对大脑如何在神经水平上解决注意力的理解，可以对注意力缺陷/多动障碍或ADHD等疾病中出现的问题做出明智的预测。

“我们的想法是，这些中脑神经元可能是无法集中注意力的难题的重要关键，”迈索尔说。“这是基础研究，但它正在构建最终可以在患者身上进行测试的想法，如果我们幸运的话，可以帮助我们提出治疗方法。”

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