中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所周晖晖研究组与MIT McGovern脑研究所Robert Desimone团队合作的工作之一就是针对这一问题。由于啮齿类动物的丘脑枕进化上没有像灵长类那么成熟,视觉系统和人类存在巨大差异,于是我们的灵长类亲戚在该研究中又一次扮演了重要的角色。
研究人员首先给猕猴设计了一套视觉注意行为范式(图2)。这套范式可以检测丘脑枕在视觉注意效应中的作用。在实验范式中,猕猴首先盯住位于黑色屏幕中央的一个亮点。500毫秒后,在亮点的附近会随机出现一个空间线索(spatial cue),提醒猴子需注意该线索所指向的位置。500-700毫秒后,在该线索所指向的位置上(即猴子注意的方向上)会出现一个视觉刺激(stimuli)。与此同时,围绕着中央的亮点,屏幕上还会出现另外两个作为干扰物的刺激。在以上整个过程中,猕猴都需要盯住屏幕中央的亮点。一段时间后,线索所指的刺激会改变颜色,提示猕猴将注视点从屏幕中央点转移到该刺激上来。在视觉刺激呈现的这段时间内,研究人员是如何定义注意对视觉刺激的影响的呢?这里需引入“感受野”(receptive field)这个概念。简单来说,当感觉信息传入时,大脑内会有部分神经元产生反应,那么该感觉信息所在的区域就构成了这些神经元的感受野。在本研究中,如果视觉刺激所在的位置处于神经元的感受野内,则表示猴子注意的位置和神经元感受野所在的位置一致,这时对于这些细胞来说,它们编码的视觉刺激是处于被注意的空间区域,因此这些刺激是“被注意”的(attention in);反之,如果注意的位置和神经元感受野所在的位置不一致,则定义为“不被注意”(attention out)的。通过比较在attention in和attention out这两种状态下视觉刺激引起的神经元的电活动,即可得到注意对视觉信息处理产生了多大的影响。
▲猕猴执行的视觉任务
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