新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的一组研究人员发现了关于脑细胞释放的化学物质如何调节我们的注意力广度的新线索。

该研究的结果可能为治疗与注意力不集中相关的神经系统疾病（例如抑郁症和注意力缺陷多动障碍（ADHD））的新疗法铺平道路。

为了相互交流，大脑和神经系统中的神经元会释放一种称为神经递质的化学物质，将信息从一个细胞传递到另一个细胞。神经递质对于大脑功能和调节从呼吸、心率到生殖等所有身体功能 至关重要。

这些化学物质还协调认知过程，使我们能够在大脑从外部环境接收到的持续刺激中专注于重要信息，也称为我们的注意力广度。

研究人员长期以来一直认为，我们的注意力只受一种神经递质乙酰胆碱的控制，它会兴奋神经元并导致它们发射电信号。然而，最近的研究表明，注意力可能需要另一种神经递质——γ-氨基丁酸（GABA），它会抑制神经元接收和发送信息。

在《美国国家科学院院刊》上发表的研究中，该团队首次证明 GABA 与乙酰胆碱以精确的顺​​序协同作用，调节来自大脑信息处理网络（称为屏状核）的信号传输。

屏状核隐藏在大脑深处，是一种薄片状结构，负责接收和处理来自大脑不同部分的信息。屏状核有助于调节注意力，但其确切作用仍不清楚。

神经递质“像开关一样”切换来传递信息

在实验室实验中，南洋理工大学的科学家研究了小鼠屏状核中的神经元如何对大脑前脑部分产生的乙酰胆碱和 GABA 做出反应，前脑在多种大脑功能中发挥着核心作用。

使研究人员能够做出这一发现的关键技术进步称为光遗传学。光遗传学使用光敏蛋白来选择性地控制大脑内特定类型神经元的活动。在这种情况下，前脑内释放乙酰胆碱和 GABA 的神经元被光激活，使研究小组能够测量屏状核对这种刺激的反应。

他们发现屏状核中的两种神经元向大脑的不同部分发送输出信号，对乙酰胆碱和 GABA 的反应方式相反。延伸到大脑深处结构的神经元会被乙酰胆碱兴奋，而延伸到大脑表面结构的神经元会被 GABA 抑制。

通过这种相互协调的相反动作序列，两种神经递质像开关一样切换屏状核和大脑其他部分之间的信息传递。这项研究提供的证据表明，神经递质调节大脑中的“微电路”，使大脑能够区分重要信息和噪音，帮助人集中注意力。

神经递质（乙酰胆碱和 GABA）对屏状核神经元的相反作用使大脑信号能够有效编码，从而使大脑能够集中注意力并忽略噪音。

第一作者 Aditya Nair 先生，LKCMedicine 前研究员，现任博士。加州理工学院的学生说：“我们的研究增进了我们对屏状核在引导注意力广度方面的作用的理解。了解屏状核如何在细胞水平上调节注意力广度也为了解受类似信号通路调节的其他区域（例如唤醒和学习）提供了一个窗口。

南洋理工大学李光前医学院 (LKCMedicine) 的首席研究员、神经科学家 George Augustine 教授表示：“通过了解乙酰胆碱和 GABA 如何共同作用来引导我们的注意力，未来可能会开发出新的、更有效的疗法来提高注意力广度。”患有多动症和抑郁症等疾病的患者。”

新加坡心理健康研究所顾问（精神病学）临床科学家 Geoffrey Tan 博士作为独立专家评论道：“引导注意力和多任务处理是日常功能的关键认知过程，需要在神经网络或回路之间进行切换。这项研究确定了屏状核中的一个“开关”，它提供了一种机制，乙酰胆碱可以通过该机制驱动此类计算。随着我们越来越多地将大脑网络纳入我们对认知、精神疾病甚至正念等干预措施的思考，这项研究是及时的”。

该项目的下一步将是确定改变双发射器开关如何改变注意力和影响注意力的大脑疾病，例如多动症。确定开关机制是否适用于其他大脑过程（例如唤醒和学习）也很重要。