視覺皮層失去下游回饋訊號會阻礙集中視覺注意

人們常有「視而不見」的經驗，找物品時，那樣東西分明就在自己目視所及之處，但就是沒有被注意到。上述的經驗提供我們一個視覺運作的線索——眼睛提供了大量視覺訊號給大腦，但我們同一時間只能關注一個較小的區塊，意味著大腦同一時間只能精細的處理較小區塊的視覺訊號，大部分的視覺訊號都被我們忘掉。

科學家對專注的形成有一個假設：在處理感官訊號腦區，會受到「應該關注什麼」訊號的回饋調節，增強「關注」的訊息並抑制其他訊息。在視覺方面，彙整視覺訊號的腦區視覺皮質V1區域被認為會接受下游腦區如V2、V3、V4有關專注訊號的輸入，然而，近幾年來缺乏實驗直接證明如果缺少下游回饋有關專注的訊號會產生什麼結果。但最近在Science上發表的一篇研究直接說明了這件事。

Samantha R. Debes與Valentin Dragoi兩位科學家利用光遺傳學的方法，將對紅光敏感的氯離子通道表現在猴子V4腦區傳向V1腦區的神經上，氯離子通道受到紅光照射後會開啟，對神經有過極化的效果從而抑制神經的活性，這麼做的好處是他們可以將雷射紅光打在V1上，單純抑制V4傳到V1神經末端的活性，阻礙V4訊號傳到V1也不影響原本神經的功能，除此之外還在猴子的V1、V4腦區裡放入探針測量神經活性，並讓猴子專注觀看螢幕，螢幕會呈現從完全看不出來(眼睛視覺受器有反應，但大腦忽略而無法察覺的刺激)到可清楚看到的視覺刺激，背景則單調無變化。

他們觀測了239神經元，發現如果抑制V4的訊號輸入V1，在較強的視覺刺激下，除了V1的活性會顯著降低外，V4的活性也會顯著降低，即使是看不出來的視覺刺激也達到顯著，而較弱的視覺刺激V1活性也會顯著降低，但V4的活性降低則不顯著，接著他們觀察V1的三層對V4回饋訊號的影響程度，發現回饋訊號對整個V1都有影響，而V1最靠表面的那層受到V4的回饋刺激最顯著，最後，過去研究發現專注視覺伴隨著整個視覺皮質γ腦波同步，抑制V4到V1的訊回饋訊號也會顯著降低γ腦波同步。

過去的研究多用抑制腦區或整個神經元活性為主，這份研究直接針對回饋訊號進行阻擋，是最能直接說明因果關係的方法，同時實驗的結果也支持V4回饋到V1的訊號是視覺專注的關鍵之一，可惜的是他們並沒有觀察猴子行為上的改變，但從過去的研究可以知道V1活性降低後，猴子的視覺專注力會下降，因此可以推知猴子在此實驗可能視覺專注力也會下降。最後，研究人員希望能透過類似的方法，直接證實更多神經間訊號的用途。

撰文：張誌元

參考資料：

Debes, Samantha R., and Valentin Dragoi. "Suppressing feedback signals to visual cortex abolishes attentional modulation." Science 379.6631 (2023): 468-473.