大脑对多巴胺的控制 (大脑对注意力的调节功能)

集中注意不只是被动地判断面前的物体是令自己愉悦还是不快。集中注意,还是切切实实做了些事,即让神经元活动起来——就像斯特鲁普任务那样,或者根据某些研究者给出的“运动注意” 的定义,注意直接负责准备行动。我现在想做什么?继续全神贯注地工作,还是站起来去喝杯茶?当然,所有能够评估场景价值的区域都有话要说,因为大脑会推理:在给定情况下,大脑将对通向奖赏回路的最佳结果优先采取行动。对小鼠或人类的大脑来说,进入即将开饭的房间肯定是有用的行动。

然而,大脑里还是存在某些区域,专门记忆某个行动在给定背景中的有用性。比如,眶额皮质主要负责评估物体或场景的吸引力。而对于行动来说,神经生理学指定了另一个紧挨着眶额皮质的结构——前扣带回,cingulum在拉丁语中是“腰带”的意思。扣带回像腰带似的围绕着在纵向上分隔左右半球的胼胝体,由此得名。实际上,它的形状更像香蕉:如果你把香蕉水平举到眼睛的高度,把它像独木舟似的倒扣过来,一端朝着你的鼻子,那你就知道扣带回是什么形状,在大脑内位于哪里了。你只需要再把香蕉插入脑袋里十几厘米,香蕉和胼胝体就重合了。但你当然不会这么做,因为正是胼胝体将提醒你,这么做会带来灾难性后果。和香蕉一样,扣带回有两端:一端位于大脑前部,被额叶皮质包围,我们称之为“前扣带回”;另一端沿顶叶接近枕叶,被称作“后扣带回”,是默认网络的一部分。

若干年前,DNA双螺旋结构的发现者、诺贝尔奖得主弗朗西斯·克里克在《惊人的假说》一书中认为,自由意志来自前扣带回。这就是这个小小的皮质产生的魔法。让-菲利普•拉夏说,虽然我们不必赞成这个极端的想法,但得承认,前扣带回拥有很多令人惊讶的属性。克里克提到一个从前扣带回受损中康复的女病人,她说感觉自己在患病期间无法想要任何东西。这个女人的经历可以这样解释:扣带回在选择行动中扮演的角色类似于眶额皮质在选择物体、场景和刺激中的角色——回想一下眶额皮质停止活动的小鼠,它们无法在两个刺激之间做出选择。自主的行动,就是在几个可能的行动中选择其一;如果所有可能的行动对你来说都是一样的,那么你也不需要特意选择一个,你会像这个女人一样感到困惑。这在解剖层面上也有所体现:前扣带回和运动区域联系紧密,而眶额皮质和感觉区域联系尤其紧密。

为了区分选择物体和选择行动两种机制,牛津大学的马修·拉什沃思及其团队设计了一个装置,包括一个蓝色手柄和一个黄色手柄,两个手柄都可以被拉、推或旋转。 他们让猴子操纵这台机器,记录它的前扣带回和眶额皮质神经元的活动。实验是这样设计的:每当猴子推蓝色手柄,它就能得到奖赏。研究团队发现,眶额皮质神经元很快学会了指出正确的手柄,猴子一发现它,这些神经元就开始活动——这和我们对这个区域的了解相吻合。反之,前扣带回神经元根据猴子准备做出的动作进行反应,似乎是在指出应该做哪种动作。

前扣带回看上去是眶额皮质的支持者,它更关注行动的价值。人们在扣带回中还发现了眶额皮质的抽象能力:拉什沃思的团队观察到,猴子会根据“平均看来”最好的效果选择行动。前扣带回无法正常工作的猴子做不到这一点,它们的决定只依赖于前一次行动的结果。如果在旋转手柄时平均10次里面有6次能够得到奖赏,剩下的4次需要拉或推手柄,这些猴子会彻底迷失。正常的猴子还是可以解决问题的:猴子最终明白了一直旋转手柄就能获得最大利益:10次里面有6次能够得到奖赏,剩下的4次随它去吧。失去前扣带回的猴子无法进行逻辑思考,也不能超越前一次经历,总结自己的行动和结果。它无法从整体上考虑行动的结果,进而找到最佳策略。这个区域似乎记录了每次行动之后得到的奖赏或惩罚,从中得出规律,发现在这种情况下,什么行得通,什么行不通。简而言之,前扣带回如同一本指导如何在实验室里、社会上或其他情景中采取正确行为的小手册(参见下图)。

大脑对身体控制减弱,大脑对注意力的调节功能

图: 前扣带回

这一脑区能够评估某种行动在给定背景中可能带来的收益,比如我们拉、推或旋转手柄之后获得奖赏的可能性,或者因为和同桌玩而不回答老师提出的问题时被惩罚的可能性。

所以每当动物或人意识到自己弄错时,前扣带回就会做出强烈的反应,以至于该区域很长时间以来被认为是“错误探测器”。但前扣带回做的更多的是更新手册,因为它的角色不仅仅是分析错误。前扣带回的神经元贪婪地关注着与“是否有效”相关的一切信息:“我做得好不好?” 在猴子或人类身上,一旦大脑处于积极的探索阶段,寻找最好的行动方式,扣带回就会变得活跃。一旦主体决定了怎么做,前扣带回的活跃度就会回落,直到下一个错误出现。

多亏了这本小手册,该区域能够提醒主体每个行动可能带来的收益,也就是行动的意义。如果没有这个区域,大脑就看不到花费大量精力移动身体有什么好处。由此可见,前扣带回在动机中扮演着重要角色,只要动物为了获得奖赏需要完成一个复杂、费力的任务时,它就会被激活。获得奖赏的期待弥补了在开始努力时迅速感到的惩罚感。比如,一般来说,小鼠会在一个容易得到的小奖赏和一个更难得到的丰厚奖赏之间选择后者。但如果小鼠的前扣带回停止工作,那它很可能会选择第一种方案。 所以,前扣带回的受损会导致小鼠变懒,试图寻找简单、微薄的收益。这就是为什么弗朗西斯·克里克提到的女病人没有动机去行动。

因此,前扣带回使大脑“逆流而上”,放弃更自动、更自然、更不费力的过程,优先处理需要付出努力的过程。努力的意思很广泛,还包括认知努力:老师让学生把两个数字相乘,并不是要求他们付出运动努力,而是认知努力——集中精力。前扣带回的功能也适用于这种努力,尤其是注意努力。以斯特鲁普任务为例:被试看到屏幕上出现红色的“绿”字,他应该回答“红”。他需要抑制自动的阅读过程,激活读出颜色这个复杂、不习惯的过程。人们就是通过这个实验发现了执行性注意。毫无疑问,斯特鲁普测试激活了前扣带回,因此,后者被认为是执行性注意网络的主要区域之一。 只要一项活动要求集中精力,前扣带回就会参与进来。

总结一下,对注意的自主控制取决于一系列额叶区域,它们能够考虑某个场景或某个行动的长期结果。让-菲利普•拉夏强调:对注意的自主控制首先是长期目标对注意的控制。眶额皮质和前扣带回属于能够考虑长期、抵抗即时分心的额叶区域。它们时刻抵挡着周边环境或内心思想对我们的诱惑。当我们的身体在运动吸引力的影响下动起来时,扣带回会发出警报。赛车以每小时200千米高速拐弯时,眶额皮质抵挡着情绪吸引,减少伏隔核被拐弯处诱人的图片引起的兴奋。外侧前额叶皮质每时每刻都在提醒我们要走的路,避免认知吸引。这些描述有点过于简单,但可以提供参考。任何一个区域都不是单独完成任务的,它们位于额叶网络之中,各部分互相合作,这就是著名的执行系统。

当这个系统不运行,或运行不佳时,对外部环境的固定反应就会影响注意。杏仁体、海马体或顶叶等区域控制了奖赏回路和运动皮质,优先选择过去最经常得到奖赏或最经常完成的场景或行动。于是,行为和注意转移变得僵化、可预测,由短期收益决定。注意自主控制的关键在于,前额叶皮质根据长期收益激活行为的能力,而不仅仅是依赖习惯和即时收益。因此,注意被一种战略性视角引导。