自闭症、抑郁症是否源于我们大脑的注意力能力？
自闭症、抑郁症是否源于我们大脑的注意力能力？
波士顿大学的神经科学家正在开发一个模拟人脑来测试他的理论
你是否能够只专注于你正在阅读的文字，而不去想其他让你分心的事情？如果是这样，神经科学家Basilis Zikopoulos想要了解你的大脑是如何做到这一点的。
他正在澳门威尼斯人注册网站研究人类大脑的注意力过滤器，这是我们能集中注意力或不能集中注意力的核心。他有充分的理由花这么多时间思考我们的大脑是如何集中注意力的。他有一种预感，自闭症、精神分裂症、抑郁、焦虑和睡眠障碍可能都源于同一个根本问题：他称之为“注意力探照灯”的大脑部分受到干扰。为了验证他的理论，他和波士顿大学的其他澳门威尼斯人注册网站研究人员正在构建一个栩栩如生的人脑计算机模型，他们将对这个模型进行与评估活人大脑活动相同的认知测试。
波士顿大学萨金特健康与康复科学学院健康科学助理教授Zikopoulos说：“任何到达你大脑的信息，无论是思想、动机、身体内部状态的感觉，还是你注意到的环境中的事情，都必须通过一个叫做丘脑的结构。”“当这些信息到达丘脑时，它要么被传送到大脑皮层，让你意识到这些信息，要么被过滤掉”，留在我们的潜意识里。
决定什么注定要被发送到我们的意识或潜意识中，是丘脑内一个较小的大脑区域的功能，这是Zikopoulos最着迷的部分。Zikopoulos说：“丘脑网状核，或我们所说的TRN，就像一个过滤器，决定哪些信息可以进入意识，哪些信息不能进入意识。”“这非常重要——它是大脑的‘注意力探照灯’，可以分辨出我们需要注意什么，不需要注意什么。”
注意力探照灯是如何获取线索的
TRN在决定我们是醒着还是睡着的大脑网络中起着核心作用——这就是为什么当我们被新的恋爱对象、分手、家庭成员生病或工作上的重大晋升等想法所困扰时，我们很难入睡。这也是为什么当我们听到威胁的声音或看到别人恐惧或愤怒的表情时，我们的注意力很容易被吸引的原因。这是TRN在起作用，它从被称为杏仁核的大脑结构中获取信号，杏仁核是情绪调节中心。
杏仁核与TRN的联系如此紧密，以至于“它实际上是在对TRN大喊大叫，”Zikopoulos说。“这在很大程度上解释了为什么你会关注情感上重要的事情。”
尽管当我们专注于一个充满情感的想法时，很难想到其他事情，但大自然赋予了我们的大脑一种超越机制，可以（希望）将我们的注意力转移到其他地方。
Zikopoulos说，将我们的注意力集中到一项特定任务上的能力，比如我想专注于我的工作，而忽略其他事情，在很大程度上取决于大脑的执行功能部分，即前额皮质，与其他动物相比，人类的前额皮质已经大大进化和扩展了。它决定了我们的个性、认知能力……它直接与TRN相连，并能控制TRN。但是，我们控制自己的注意力和行为的巨大灵活性需要付出高昂的代价。
“你看不到患有自闭症或精神分裂症的动物，”Zikopoulos说。“但人类更容易受到伤害，因为我们有更复杂的大脑网络，需要更长的时间来发育。因此，更多的事情可能会出错。”这个想法是他工作假设的核心，即在许多情况下，情绪和精神障碍源于TRN与大脑其他部分之间的异常联系。
炽热的注意力是猴子的踪迹
“例如，在自闭症中，我们看到对一件事的注意力非常集中，很难转移到另一件事上。在精神分裂症中，我们的情况正好相反，”他说。“在抑郁症中，人们把注意力集中在负面刺激上，他们无法从中恢复过来。在所有这些障碍的核心，我们都有一个注意力网络的问题。”
TRN是科学家们感兴趣的一个新话题，Zikopoulos在国家心理健康澳门威尼斯人注册网站研究所的支持下，现在率先绘制了它是如何在人类中组织和工作的第一张地图。作为最早在猴子大脑中绘制TRN网络路径的人之一，他有一个良好的开端。
Zikopoulos和他的同事、萨金特学院（Sargent College）健康科学教授海伦·巴尔巴斯（Helen Barbas）一起，使用神经“示踪剂”绘制了猴子大脑中的TRN网络。这些示踪剂被设计为通过手术注射到大脑中，此时它们开始在大脑神经元之间的所有连接中运输。当它们旅行时，它们会留下化学痕迹，揭示大脑的神经网络。通过仔细的解剖和高分辨率成像，Zikopoulos和Barbas精确地绘制了TRN连接的三维网络，这些网络向猴子大脑的其他区域弯曲。
Zikopoulos说：“在猴子身上做了这些澳门威尼斯人注册网站研究后，我们已经确定了TRN网络的特定特征，以及它如何与大脑的其他区域连接，”比如杏仁核和前额叶皮层。“我们认为，定义人类的这些特征可以让我们区分神经正常个体的大脑和注意力相关疾病患者的大脑。”这样的壮举可以揭开我们为什么是我们自己的全新见解，以及我们大脑的线路可能有多么多样化。
一百个人类大脑，冻结在时间里
Zikopoulos出生在希腊，他的本科生涯开始于他想成为“像雅克·库斯托一样”的海洋生物学家的想法。但一旦他开始了这门课程的澳门威尼斯人注册网站研究，他发现他所问的澳门威尼斯人注册海洋生态系统的澳门威尼斯人注册网站研究问题并不像他想回答的澳门威尼斯人注册海洋动物的大脑如何适应水生生物的问题那样令人兴奋。他还笑着承认，他不喜欢在他就读的海洋澳门威尼斯人注册网站研究所清洁船只。
Zikopoulos的注意力转向了大脑本身。“我在大学二年级的时候进入了一个神经生物学实验室，从那以后我就一直在那里。我澳门威尼斯人注册网站研究过所有你能想到的物种的大脑。鱼、鸡、鹌鹑……”他解释说，在蛋里生长的动物是澳门威尼斯人注册网站研究发育的好模型，因为它们在体外发育，所以它们的胚胎可以很容易地通过显微镜观察到。
在开始澳门威尼斯人注册网站研究老鼠等哺乳动物之后，他最终开始澳门威尼斯人注册网站研究猴子和人类的大脑。
现在，他每天开始问自己今天会发现什么：“是什么让我们与众不同？”我们和其他动物有什么不同？为什么我们有这么大的行为灵活性？”
为了找到这些答案，Zikopoulos并不打算让神经示踪剂在活人身上发挥作用（活人死后需要捐献大脑）。然而，根据他从猴子身上收集的数据，他不必这么做。
“我已经有一整个实验室都是捐赠的人类大脑，”他说。“这些大脑——总共近100个——来自3岁到80岁之间的人……其中一些是神经正常的大脑，另一些来自自闭症、精神分裂症或抑郁症患者。”我们把它们保存在特殊的液体中，这样当我们澳门威尼斯人注册网站研究感兴趣的区域并用不同的标记标记大脑部分时，组织质量可以保持很长一段时间。”实验室里的许多大脑切片都是在捐赠者死后不久进行低温保存的，这样Zikopoulos和他的实验室成员就可以进去追踪捐赠者生前存在的神经连接。
利用猴子的数据，并结合他们对人类大脑样本的观察，他的团队计划与计算神经科学家Arash Yazdanbakhsh合作，将所有信息输入到计算机模型中，这将使他们能够创造一个数字大脑。Arash Yazdanbakhsh是波士顿大学艺术与科学学院心理学和脑科学澳门威尼斯人注册网站研究助理教授。然后，齐科波洛斯和亚兹丹巴赫什，他们都是波士顿大学系统神经科学中心的澳门威尼斯人注册网站研究人员，将要求人工神经网络——人类大脑的数字版本——完成类似于用来评估神经正常或大脑紊乱的活人的认知任务。
他说：“一旦我们能够看到计算机模拟人脑中的所有数据，那么我们就能够开始破坏这个模型，并将其与我们所知道的患有睡眠障碍、自闭症、精神分裂症、抑郁症等疾病的人进行比较，看看它的反应如何。”“对我们来说，这将是一个极其复杂的计算机模型....我们澳门威尼斯人注册网站研究这个问题已经有一段时间了。”
Zikopoulos说，澳门威尼斯人注册TRN有足够多的问题让他永远澳门威尼斯人注册网站研究它。在过去的15年里，他一直致力于解开它的奥秘，直到现在，他才觉得自己已经积累了足够的数据，可以开始全面了解它。“有很多信息，我们不知道我们最终会发现什么。但我们现在有了一些相当不错的猜测。”
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