通过研究仓鸮，约翰霍普金斯大学的科学家们认为，他们在解决大脑如何选择最值得关注的事物的长期之谜方面迈出了重要的一步。最新一期《细胞报告》杂志的封面文章可能适用于包括人类在内的所有动物，并为注意力缺陷障碍等疾病中的大脑问题提供了新的见解。

“世界上有一百万种东西在轰击我们的眼睛、耳朵、皮肤和其他感觉器官。在所有这些事情中，我们最需要关注哪些特别的信息来驱动我们的行为？”合著者约翰霍普金斯大学的神经科学家Shreesh Mysore说。“我们的工作为大脑如何解决问题的关键部分提供了一个非常漂亮的答案。”尽管对动物前脑进行了几十年的研究，科学家们还没有找到大脑如何决定关注什么的好答案。相反，研究人员决定研究中脑，这是从鱼类和哺乳动物到鸟类和人类的各种大脑进化的古老部分。

“所有动物都需要注意可能影响我们生存的事情，但我们并不都有高度发达的前脑，”迈索尔说，他也是心理学和脑科学的助理教授。研究人员选择猫头鹰进行研究，因为它们不仅拥有清晰的视觉和听觉，而且和所有鸟类一样，它们的中脑组织使得追踪特定神经元的活动相对容易。

在这里，研究人员在监视器上展示了15只猫头鹰的视觉刺激，并测量了它们中脑中单个神经元的活动。他们的发现令人困惑和意外。虽然单个神经元通常对地形上的视觉空间进行编码，这意味着相邻的神经元对世界相邻部分的空间进行编码，但在这里他们发现单个神经元对几个位置做出反应，有时相距很远。

为了找出这些神经元增加一倍甚至三倍的原因，第一作者、电子和计算机工程博士生Nagaraj Mahajan设计了一个模型。他发现，如果神经元需要对世界上最重要的位置发出信号，无论视觉输入来自哪里，它们在维持新陈代谢和布线成本的同时对空间进行编码的唯一可能方式是神经元的数量少于世界的数量，每个神经元编码多个不同的位置。真正的猫头鹰大脑几乎完美地匹配了这些计算和预测。

当他们计算中脑神经元时，比可能的位置少了40%。单个神经元代码的位置是由组合原理组织的，就像数独解谜一样。迈克尔说，“这为我们提供了关于大脑如何在所有可能的位置解决选择问题的第一个答案。”“对于一个基本的、普遍的问题，我们现在拥有的是一个令人满意的答案。我希望这项研究的见解能很好地概括为人类。”

该团队希望通过了解大脑如何在神经层面解决注意力，可以对注意力缺陷/多动症或多动症等疾病中出现的问题做出明智的预测。“我们的想法是，这些中脑神经元可能是无法集中注意力的难题的关键，”迈索尔说。“这是基础研究，但它正在建立最终可以在患者身上进行测试的想法，如果我们幸运的话，它可以帮助我们找到治疗方法。”