注意力新的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制，為治療疾病提供思路 | 前沿
? 注意力渙散成為家長、老師的心頭病，它背后的神經(jīng)機(jī)制很多人似乎還不清楚，圖片來自dzhingarov.com
撰文 | 譚志兵
責(zé)編 | 葉水送
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注意力和我們的日常生活息息相關(guān)，大至工作、學(xué)習(xí)，小至說話、閱讀，都需要注意力的參與。注意力渙散已經(jīng)成為當(dāng)代人面臨的棘手問題，你肯定有過不斷被手機(jī)提示所吸引的經(jīng)歷，抑或在做別的事情時(shí)不由自主的反復(fù)查看手機(jī)，這些都是注意力不集中的具體表現(xiàn)。
根據(jù)信號(hào)起始來源的不同，注意力分為自下而上注意力（bottom-up attention）和自上而下注意力（top-down attention）。
自下而上注意力由外界信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，例如突如其來的聲音，刺眼的光亮和異常的氣味等等。從進(jìn)化角度看，自下而上注意力有助于對(duì)危險(xiǎn)情況作出快速反應(yīng)，從而躲避風(fēng)險(xiǎn)。一般認(rèn)為其依賴于感覺信號(hào)傳導(dǎo)通路，丘腦的中介以及最終前額葉的參與。
自上而下注意力則依賴于自主意識(shí)，發(fā)生于日常生活的方方面面，例如人們?cè)卩须s的社交場(chǎng)合可以同特定人進(jìn)行交談而屏蔽掉其他人說話的內(nèi)容，對(duì)某一問題的持續(xù)學(xué)習(xí)和思考等等。
?梅林實(shí)驗(yàn)室揭示自上而下注意力的調(diào)控機(jī)制，相關(guān)研究發(fā)在Neuron雜志上。
前額葉被認(rèn)為是自上而下注意力產(chǎn)生的主要腦區(qū)，新近的研究提示皮層下核團(tuán)也參與自上而下注意力的調(diào)控，但是具體通過何種機(jī)制目前研究甚少。美國克利夫蘭凱斯西儲(chǔ)大學(xué)醫(yī)學(xué)院的梅林實(shí)驗(yàn)室利用在體電生理技術(shù)研究自上而下注意功能的機(jī)制。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的Neuron雜志上。
這項(xiàng)研究的第一作者譚志兵研究員訓(xùn)練小鼠完成五種選擇時(shí)間序列反應(yīng)任務(wù)的行為范式，在測(cè)試中小鼠需要注意隨機(jī)出現(xiàn)的短時(shí)間光信號(hào)提示（Cue, 0.8 S），做出正確的選擇以獲得食物獎(jiǎng)勵(lì)。
為了研究海馬和前額葉在自上而下注意功能中的作用，他們用多通道電極記錄這兩個(gè)腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)，譚志兵和博士研究生Heath Robinson發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠做出正確選擇的時(shí)候，海馬同前額葉的同步化增強(qiáng)；相反則同步化降低。這一結(jié)果表明除前額葉之外海馬也參與了自上而下注意力的產(chǎn)生和調(diào)控，兩個(gè)腦區(qū)的協(xié)同作用使得注意力保持在較高的水平。
有趣的是，他們還發(fā)現(xiàn)ErbB4受體敲除小鼠與同窩野生型小鼠相比，具有較低的海馬-前額葉同步化水平和受損的自上而下注意力，表明NRG1/ErbB4活動(dòng)參與了對(duì)這兩者的調(diào)控。由于之前的研究已經(jīng)表明ErbB4敲除小鼠不但缺乏NRG1/ErbB4信號(hào)依賴的GABA突觸傳遞，同時(shí)也表現(xiàn)出一定程度的發(fā)育不全。
為了研究是什么原因?qū)е翬rbB4敲除小鼠的注意力受損，梅林實(shí)驗(yàn)室使用了一種化學(xué)-基因偶聯(lián)的策略，具體為在ErbB4受體的ATP結(jié)合位點(diǎn)人為制造一個(gè)點(diǎn)突變，這一策略使得研究人員可以可逆的、時(shí)空特異性的抑制ErbB4的功能。
通過這一策略，他們發(fā)現(xiàn)特異性的抑制海馬ErbB4的活性同時(shí)降低了小鼠的注意力和海馬同前額葉的同步化；而抑制前額葉的ErbB4活性只是降低了小鼠的注意力，對(duì)海馬同前額葉的同步化沒有顯著影響。
這些結(jié)果表明了海馬-前額葉同步化在注意力調(diào)控中的重要作用，也說明ErbB4在海馬和前額葉中對(duì)注意力的調(diào)控使用的機(jī)制不同。最后，梅林實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用光遺傳學(xué)技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證了表達(dá)ErbB4的中間神經(jīng)元在調(diào)控海馬-前額葉同步化和注意力中的作用，從而進(jìn)一步確認(rèn)了海馬-前額葉同步化和注意力的偶聯(lián)關(guān)系。
這一成果對(duì)于我們理解注意力產(chǎn)生和調(diào)控的機(jī)制具有重要意義。注意力缺失常見于各種神經(jīng)精神疾病，例如小孩多動(dòng)癥（ADHD）、精神分裂癥、抑郁癥等等。了解注意力產(chǎn)生的機(jī)制將為治療這些疾病提供新的思路。
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Tan ZB et al. Dynamic ErbB4 Activity inHippocampal-Prefrontal Synchrony and Top-Down Attention in Rodents. 2018.Neuron.doi:10.1016/j.neuron.2018.03.018.
制版編輯：黃玉瑩 |
