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眼睛一闭一睁,或许那时你在“开小差”

浙大学者解释大脑注意调控新机制

发布时间:2019-01-03来源:浙大新闻办作者:柯溢能 卢绍庆1447

生活中有许多事情需要保持注意力,比如上课要注意听讲,开车要注意路况,体育竞技中要注意对手的动作,等等。然而科学研究和生活常识告诉我们,人的注意力是有限的,大脑很难在长时间中时刻保持高度注意。

因而,有效的信息加工策略就是要把最优的注意状态用于加工最重要的信息,比如上课的时候要集中精力听重点。那么大脑是如何实现对注意的实时调控呢?

浙江大学生物医学工程与仪器科学学院“百人计划”研究员丁鼐课题组发现,在信息加工过程中,大脑可以在一秒之内飞快地切换注意与非注意的状态。这种注意状态的快速切换依赖于大脑的运动皮层,而且运动皮层的激活可以引起眼睑肌肉的运动,以至于可以通过观察眨眼来监测大脑在哪些时刻更加专注、在哪些时刻更加放松。

近日,这项研究发表于国际知名期刊《自然·通讯》(Nature Communications),第一作者为2016级硕士生金培清,并列第二作者为2017级硕士生邹家杰和2018届本科毕业生周涛,通讯作者为丁鼐。

眼睑活动与高级认知加工密切相关

《三国志》中有云:“瑜少精意于音乐,虽三爵之后,其有阙误,瑜必知之,知之必顾。故时人谣曰:‘曲有误,周郎顾。’”

曲有误是听出来的,听出来之后为什么还要扭头看看?这是因为感知与运动往往是联系在一起的,曲有误是感知,周郎顾是运动。

推而广之,听别人讲话,是不是也会引发同步的运动呢?丁鼐课题组的研究给出了肯定的答案。研究发现,听人讲话的时候,我们的眼睛会随着话语的节奏一眨一眨。人要经常眨眼,否则眼睛会干。但是人类眨眼的频次远超出了湿润眼球所需要的频次,所以很可能反映了大脑信息加工的某种特性。

专注与走神只在一瞬间

课题组对眨眼与注意力的研究可以用“另辟蹊径”概括。

在脑科学研究中,研究人员往往忽略眨眼甚至将眨眼视为一种干扰。比如在脑电图研究中,由于眨眼产生的电信号对脑电信号构成很强的干扰,在脑电图分析过程中,研究人员往往首先对眨眼干扰进行去除。而这项研究所关注的正是这种往往被忽略的眨眼活动。

实验中,实验志愿者听到一系列的四字短句,如绵羊吃草、小马过河、雪花飞舞等,他们的任务是检测短句里的第一个字或者第三个字是否出现特定目标,实验过程中同步记录了志愿者听句子时的眼电及眼动。

课题组发现,实验志愿者在集中注意听的时候眨眼会较少;不注意听的时候眨眼较多。听同一段话的时候,由于关注的内容不同,实验志愿者眨眼的位置也会不同。在实验中,注意与不注意的状态可以在一句话甚至一秒之内迅速切换,而眨眼率也相应地在短时间内迅速改变。这就好比学生感觉老师要讲重点的时候,就会集中精力,减少眨眼。重要的内容过去之后,眨眼就会增加,湿润一下略微干涩的眼球。

 聆听语音的过程中,眼睑活动可以反映听者一句话之内注意焦点

这种与注意相关的眼睑活动不依赖于光照等条件。即使在黑暗环境下,或者在闭眼的情况下,在听声音的时候,眼睑肌肉运动依然受到注意状态的调节。一直以来,眨眼主要被认为主要具有保护眼睛、湿润眼球的功能,但是这项研究表明眼睑活动与高级认知加工密切相关。

我们注意听的时候为什么不眨眼呢?

眨眼、甚至闭眼都不直接影响我们的听觉,那么大脑为什么进化出这种与听觉同步的眨眼行为呢?一种可能的解释是说眼睛的状态反映了大脑的信息加工状态。

丁鼐课题组提出一个新假说:对于人类,视觉是最主要的信息来源。所以,睁眼的时候,大脑优先加工外界信息;相反的,闭眼的时候,大脑优先处理内务(思考人生、做白日梦、休息等等)。所以,眼皮就好像闸门:大脑想要处理外部信息的时候就打开闸门,把信息采集进来;在预期外部没有重要信息的时候则会拉一下闸,处理一瞬间的内务。

按照这个假说,眼皮是大脑信息加工状态的一个外在反映 —— 切换到对内状态之后,对视觉、听觉等感官的加工都被暂时削弱。所以,眼皮不仅仅是保护眼睛的“窗帘”,湿润眼球的“毛巾”,更是大脑加工状态的“晴雨表”。

针对这项实验发现的未来应用,丁鼐表示,这可以为通过视频监测大脑注意状态提供新思路:比如通过分析上课过程中同学们的眨眼活动可以了解到全班注意力情况,而这种信息可以用于教学质量的客观评价也可以反馈给教师以提高教学质量。

该课题受到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等的支持。

(文 柯溢能/摄影 卢绍庆)