外侧前额叶皮层中内源性与外源性注意的共享神经资源动态交互机制研究

本研究针对内源性（endogenous）与外源性（exogenous）注意系统如何通过前额叶皮层（IPFC）共享神经资源这一关键科学问题，通过设计空间解耦任务结合电生理记录技术，首次揭示了猴IPFC中存在可动态编码运动目标和注意位置的"重叠资源"神经元群。研究发现这些资源既参与外源性注意捕获，又可被内源性注意征召，从而在维持内部目标与响应外部需求间建立灵活平衡，为理解注意-运动系统交互提供了新的神经机制框架。该成果发表于《Current Biology》，对认知神经科学和临床注意力障碍研究具有重要启示。

　　

在纷繁复杂的视觉世界中，我们的大脑如何同时处理自主选择的关注目标和突如其来的 salient刺激？这个看似简单的日常行为背后，隐藏着认知神经科学领域长期争论的核心问题：内源性（自上而下）和外源性（自下而上）两种注意系统究竟是独立运作还是存在交互？更关键的是，它们与运动准备系统之间又存在怎样的神经关联？传统理论如"运动前注意理论"认为空间注意直接源于运动计划，但临床研究发现运动系统损伤患者仅表现出外源性注意缺陷，暗示着更复杂的神经机制。

为解开这个谜团，来自意大利罗马大学（Sapienza University of Rome）和美国国立心理健康研究所（National Institute of Mental Health）的Fabio Di Bello等研究人员在《Current Biology》发表了一项创新性研究。团队设计了一项精妙的双任务范式，让猕猴在执行眼动运动的同时，通过中央线索将注意指向与运动目标不同的空间位置。通过记录外侧前额叶皮层（lateral prefrontal cortex, IPFC）的神经元活动，结合先进的多变量解码技术，首次揭示了IPFC中存在的"重叠资源"神经元群——这些神经元能根据任务需求灵活切换编码运动目标或注意位置，为理解注意系统的动态交互提供了直接神经证据。

研究采用了两项关键技术方法：1）空间解耦行为范式，通过彩色线索分别指示运动目标和注意位置，在20%试次中设置非预测性注意目标以考察外源性注意；2）多电极阵列记录IPFC神经元活动，结合正则化最优线性估计器（RegOLE）进行跨时间和跨模态解码分析，追踪运动与注意编码的动态变化。实验对象为两只成年雄性猕猴（Macaca mulatta），记录区域集中在主沟两侧的背外侧和腹外侧前额叶皮层（areas 46d/v, 8和45）。

研究结果通过四个关键发现层层深入：

"Motor and attention systems in lateral PFC are largely distinct, with some overlap"部分显示，IPFC中大部分神经元专一编码运动目标（53%）或注意位置（33%），仅14%同时编码两者。但有趣的是，这些"Both units"在不同任务阶段会动态转换编码模式，提示存在可塑性神经资源。

"The shared resources process motor plans, until recruited for attention processing"部分通过解码分析发现，在非线索试次（仅指定运动目标）中，运动解码准确性更高但受Go信号干扰更明显，表明未分配的神经资源被运动系统临时占用，而在注意需求出现时被迅速征召。

"Voluntary deployment and capture of attention both recruit the shared resources"部分揭示，内源性注意部署会协调这些共享资源，减少运动与注意处理的干扰。交叉解码显示运动计划信号能预测后续注意捕获强度，反之亦然，证实了表征重叠。

"Interaction between endogenous and exogenous attention mechanisms"部分通过注意焦点距离（dAS）分析发现，当内源性注意定位不精确时，外源性注意捕获更强，且共享资源的参与程度更高，表明两种注意系统通过IPFC实现动态平衡。

在讨论部分，作者提出了突破性观点：IPFC中的"重叠资源"如同自适应缓冲系统，使大脑能在维持内部目标的同时快速响应外部事件。这一发现调和了长期存在的理论争议——虽然内源性和外源性注意系统主要独立运作，但通过部分共享的神经基质实现交互。特别值得注意的是，这些资源在注意捕获中的关键作用解释了为何运动系统损伤会选择性地影响外源性注意。研究还创新性地提出，内源性注意可设定外源性支持的"作用范围"，这一机制可能广泛存在于高级认知功能中。

该研究的技术创新在于将空间解耦范式与高时间精度的神经解码相结合，首次在单神经元水平捕捉到注意-运动系统交互的动态过程。发现的"重叠资源"概念为理解前额叶功能提供了新视角，对开发注意力障碍的精准干预策略具有重要启示。未来研究可进一步探索这些神经资源在不同认知负荷、情绪状态下的可塑性变化，以及与其他脑区（如前岛叶和扣带回）的协同机制。