抉擇在生活中隨處可見，比如在水果店挑選橙子。我們挑選橙子的過程往往是一個(gè)一個(gè)拿起來，看一看，聞一聞，決定放回去或者裝進(jìn)袋子里，然后再挑下一個(gè)。在挑選的過程中，具有顏色鮮亮、香氣馥郁、大小適中等特征的橙子會通過我們的感覺系統(tǒng)來吸引我們的注意力，讓我們進(jìn)一步對它們進(jìn)行挑選，以決定它們的“去留”。

有趣的是雖然不同的感覺信息能夠同時(shí)被大腦并行處理，可我們的決擇過程往往只能依次進(jìn)行，是一個(gè)串行的過程。而注意在抉擇等認(rèn)知過程中從并行到串行的轉(zhuǎn)化過程中所起到的作用，目前還知之甚少。

中科院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心楊天明研究組通過對大腦眶額葉中對價(jià)值信息的編碼的研究，對這一問題進(jìn)行了研究。3月13日，在《eLife》期刊在線發(fā)表了題為《注意力能夠調(diào)節(jié)眶額皮層神經(jīng)元對外界物體的價(jià)值編碼》的研究論文。

該研究使用清醒獼猴在體電生理記錄，發(fā)現(xiàn)獼猴眶額皮層神經(jīng)元實(shí)時(shí)反映大腦正在關(guān)注的物體的價(jià)值。這一研究解釋了注意力和價(jià)值編碼在抉擇過程中的相互關(guān)系。

眶額皮層是大腦的高級認(rèn)知中樞前額葉的一個(gè)子區(qū)，因其位置處于眼眶上方而得名。前人的研究表明，眶額皮層是大腦獎(jiǎng)賞環(huán)路中的關(guān)鍵一環(huán)。它接受并整合視覺、味覺、嗅覺等多重感覺信息的輸入，能夠編碼物體的價(jià)值，在抉擇過程的價(jià)值評估中起到關(guān)鍵作用。

而這項(xiàng)新的研究則進(jìn)一步針對眶額葉在抉擇認(rèn)知過程中究竟更多地采用串行還是并行的方式、注意力是如何調(diào)控這一腦區(qū)的價(jià)值信息編碼等問題進(jìn)行了探索。

注意力、獎(jiǎng)勵(lì)和抉擇這些因素在正常情況下高度相關(guān)。為了把這些因素對神經(jīng)元的編碼的影響進(jìn)行區(qū)分，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)精巧的實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，獼猴只需要在顯示器上觀看一些代表不同大小的果汁獎(jiǎng)勵(lì)的圖片。如果屏幕上只有一張圖片，獼猴只要保持眼睛注視屏幕中央，不用做任何選擇即可得到相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)。如果屏幕上同時(shí)出現(xiàn)兩副圖片，則由計(jì)算機(jī)隨機(jī)挑選其中的一幅作為最終的獎(jiǎng)勵(lì)，獼猴依舊不需要做任何選擇。同時(shí)，在一些測試中，兩幅圖片中的一幅還會通過迅速轉(zhuǎn)動來吸引獼猴的注意力，然而這種轉(zhuǎn)動并不會改變獎(jiǎng)勵(lì)的大小，也和計(jì)算機(jī)隨機(jī)挑選的獎(jiǎng)勵(lì)圖片無關(guān)，對獼猴來說并沒有任何意義。獼猴只是因?yàn)閳D片突然發(fā)生旋轉(zhuǎn)而會不由自主地把注意力轉(zhuǎn)向這張圖片。通過這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，注意力、獎(jiǎng)勵(lì)和抉擇這些因素就被分開了。

在獼猴觀看兩張圖片的時(shí)候，雖然最終獲得的獎(jiǎng)勵(lì)可能是其中的任意一幅，但是研究人員通過測量獼猴的瞳孔反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)獼猴的注意力總是集中在獎(jiǎng)勵(lì)比較大的圖片上。同時(shí)，眶額葉神經(jīng)元也與注意力保持高度一致，僅編碼了獎(jiǎng)勵(lì)較大的圖片的價(jià)值，而忽略了另一張圖片。但是，如果在展現(xiàn)圖片的過程中，研究人員通過轉(zhuǎn)動其中的一張圖片來吸引獼猴的注意力，眶額葉的神經(jīng)元?jiǎng)t會跟隨注意力來編碼被轉(zhuǎn)動的圖片的價(jià)值，即使這張圖片所代表的獎(jiǎng)勵(lì)較小。研究人員發(fā)現(xiàn)幾乎每個(gè)編碼價(jià)值的眶額葉神經(jīng)元都呈現(xiàn)出這種性質(zhì)而鮮有例外。通過一個(gè)計(jì)算模型，研究人員進(jìn)一步說明了注意力的受到圖片轉(zhuǎn)動的影響而切換的可能性與兩張圖片的價(jià)值相關(guān)。如果獼猴原先注意力所在的圖片代表很大的獎(jiǎng)勵(lì)，注意力切換到其他圖片的可能性會比較小。這就像我們在閱讀一本非常有趣的書的時(shí)候就不容易受到打擾一樣。如果我們讀的書乏味無趣，那么外界一點(diǎn)小動靜就會吸引我們的注意力。

這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，與大腦視覺皮層并行編碼多個(gè)物體的視覺性質(zhì)的情況不同，眶額葉神經(jīng)元僅編碼注意力所在的物體的價(jià)值。因此，大腦對價(jià)值信息的處理，在眶額葉皮層已經(jīng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)串行的過程。由于神經(jīng)科學(xué)家們普遍認(rèn)為眶額葉編碼的價(jià)值信息被前額葉更高級的腦區(qū)運(yùn)用來進(jìn)行價(jià)值判斷和抉擇，這項(xiàng)研究很可能意味著大腦的價(jià)值抉擇過程是一個(gè)串行過程。而眶額葉也有別于較低級的感覺皮層，位于大腦信息處理的較高層次，其神經(jīng)元的活動反映了我們的抉擇和認(rèn)知的過程。

圖注：（A）獼猴在同時(shí)觀看兩張圖片的時(shí)候，獼猴的注意力集中在關(guān)聯(lián)較大獎(jiǎng)勵(lì)的圖片，而眶額皮層神經(jīng)元電活動也僅僅編碼價(jià)值較大圖形的價(jià)值。（B）在通過轉(zhuǎn)動圖片來吸引獼猴的注意力的時(shí)候，眶額葉神經(jīng)元的電活動被注意力所引導(dǎo)，編碼了被轉(zhuǎn)動的圖片的價(jià)值。（C）計(jì)算模型很好解釋了注意力的切換與圖片價(jià)值之間的相互關(guān)系。圖中虛線為當(dāng)圖形轉(zhuǎn)動時(shí)由于注意力轉(zhuǎn)換而引起的神經(jīng)元發(fā)放的變化。其中綠色虛線為計(jì)算模型的預(yù)測，紅色虛線為實(shí)際數(shù)據(jù)。詳見Xie, Nie, and Yang, 2018.

該研究在楊天明研究員的指導(dǎo)下，由博士生謝洋和聶車暢完成。該課題獲得了中科院百人計(jì)劃、上海市科委科研計(jì)劃項(xiàng)目（15JC1400104）的支持。