Nature Communications:發現注意力對大腦前額葉價值編碼的調控機制

《自然-通訊》（Nature Communications）發表了題為《獎賞顯著性而非空間注意力主導眶額葉腦區的價值表征》Reward salience but not spatial attention dominates the value representation in the orbitofrontal cortex的論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）楊天明研究組完成。研究采用清醒獼猴電生理記錄的手段，揭示了眶額葉腦區的價值編碼主要受到自下而上的獎賞顯著性的影響，而不受自上而下注意力的調控，為科學家理解價值抉擇的神經機制提供了幫助。

日常生活中，抉擇的過程常伴隨注意力的轉移。在書店選書時，抉擇過程可能受到自上而下的注意力引導，比如有意識地尋找帶有某些關鍵詞書籍；注意力也可能不自覺地被位置醒目、顏色鮮艷的暢銷書吸引。這種注意力通過自下而上的方式影響抉擇過程。過往研究表明，眶額葉腦區（orbitofrontal cortex）在基于價值的抉擇中發揮了關鍵作用，其價值編碼可能受到注意力的調控。研究普遍認為，如同視覺皮層對視覺信息的編碼一樣，眶額葉對價值的編碼受到注意的調控，同時，注意力能將不相干的信息過濾，使神經元主要編碼被關注的物品的價值。然而，既往研究缺乏嚴格的行為學或電生理指標來確認注意力的大小和位置，無法對此假設進行嚴格的驗證。 

中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）研究員楊天明研究組設計了一個注意、獎勵相關的視覺檢測任務。在此任務中，屏幕上會出現兩個圖形，獼猴需根據提示將注意力放在其中的一個圖形上，并報告這個圖形可能發生的亮度變化。同時，不同的圖形代表了不同大小的果汁獎勵。獼猴如果正確地對亮度變化做出報告，計算機就會在屏幕上的兩個圖形中隨機選取一個作為獎勵給予獼猴。這種獎勵方法使獼猴關注的圖形和它實際得到的獎勵脫鉤，便于科研人員在注意與獎勵間做出區分。

在此行為范式中，獼猴需根據提示，主動通過自上而下的方式分配注意力來完成任務。然而，由于獼猴經過長期學習，熟知這些圖形可能帶來的獎勵。獎勵較大的圖形對獼猴來說具有高度的獎賞顯著性，能夠通過自下而上的方式吸引它們的注意力。而在獼猴進行任務時，自上而下的注意力有時會與自下而上的注意力發生矛盾，因而獎勵大的圖形可能不是獼猴應該關注的圖形。那么，在這種情況下，獼猴的大腦如何分配注意力？ 科研團隊結合獼猴的行為及大腦背側前額葉神經元的活動發現，獼猴的注意力主要受到自上而下的注意力的引導，這是由于注意力真正與任務相關。獼猴通過提示把注意力放在合適的圖形上：它們的正確率更高，反應更快。 然而，研究對OFC神經元的記錄實驗表明，盡管有充分的證據表明獼猴的注意力位于被提示的圖片刺激上，OFC神經元卻主要反映了兩個圖形中價值較大（顯著圖形）的那一個，而價值較小的那一個圖形（不顯著圖形）則幾乎被OFC完全忽略，即使是在其受到獼猴關注的情況下也是如此。自上而下的注意沒有主導OFC的價值編碼，反而是自下而上的獎勵顯著性對OFC的價值編碼起了主導作用。 

該成果打破了之前對OFC價值編碼的流行觀點，指出OFC存在一個不受到任務及自上而下注意力影響的穩定價值編碼。該編碼可能被用于意識層面下的價值信息的處理，并可能涉及與價值相關的眼動和注意力的轉換計算。 研究工作得到科技部、中科院和上海市的支持。 

　　圖1.視覺檢測任務。獼猴觀看兩張圖片，不同的圖片對應的不同的果汁獎勵（0~8滴果汁）。其中的一張圖片會發生亮度變化，獼猴需要檢測到亮度變化后立即將注視屏幕上方的黃色目標點來做出報告?？蒲腥藛T提前給獼猴一個提示（矩形框），框內的圖形不會發生亮度變化。因此，獼猴需要把注意力集中在沒有矩形框的那個圖形上。