摘要：在日常生活中，我们的大脑需要不断地在不同感觉信息间切换注意力。当你开车行驶在熟悉路段时，注意力主要集中在视觉信息上 —— 观察路况、识别标志；而当听到远处传来救护车警报声时，注意力又会迅速转向听觉 —— 通过声音判断车辆位置和距离以便让行。这种看似简单的注意力

在日常生活中，我们的大脑需要不断地在不同感觉信息间切换注意力。当你开车行驶在熟悉路段时，注意力主要集中在视觉信息上 —— 观察路况、识别标志；而当听到远处传来救护车警报声时，注意力又会迅速转向听觉 —— 通过声音判断车辆位置和距离以便让行。这种看似简单的注意力切换，背后隐藏着大脑复杂而精妙的调控机制。长期以来，神经科学家们一直试图解开这个谜题：大脑如何在几秒钟内实现如此快速准确的注意力转换？

基底前脑的胆碱能神经元被认为是注意力控制的关键，它们广泛投射到大脑各区域，通过释放乙酰胆碱来调节神经环路功能。在感觉区域，乙酰胆碱能够增强感觉神经元的增益，因此科学家提出假说：胆碱能信号通过选择性增强行为相关刺激的表征来调控感觉注意力。然而，这个假说面临重要挑战。

近年来直接记录基底前脑胆碱能神经元活动的研究不断挑战传统观念。这些研究发现，胆碱能神经元的活动与瞳孔大小、运动和面部动作密切相关，提示它们可能更多与一般性觉醒状态有关，而非选择性注意。这就产生了矛盾：如果胆碱能神经元主要响应身体运动，它们又如何控制选择性注意？

2025 年 6 月 19 日， Science 发表了 加州大学圣地亚哥分校Takaki Komiyama团队 的研究，题为：

令人惊讶的是，嗅球胆碱能轴突表现出前所未见的功能可塑性。在基线期，胆碱能轴突显示 出与面部运动高度相关的自发活动。在被动气味暴露条件下，这种与面部运动的强相关性持续存在，对气味刺激几乎无反应。然而，当小鼠参与气味辨别任务时，胆碱能轴突迅速改变功能特性，开始对气味刺激表现出强烈反应，同时运动相关反应变弱。

研究团队通过广义线性模型分析量化了这种功能转换。结果显示，任务参与导致运动反应显著下降，而气味反应显著增强，突出表明胆碱能轴突在任务参与期间对嗅觉刺激产生强烈反应。这种功能切换具有显著的特异性。当小鼠进行听觉任务时，嗅球胆碱能轴突活动仍与面部运动密切相关，对听觉刺激反应微弱，表明这种注意力切换机制具有感觉模态特异性。进一步研究发现，投射到皮层其他区域，例如视觉，触觉以及动力区域的胆碱能轴突在嗅觉任务期间不发生功能切换，证明了区域特异性。

通过逆行示踪技术，研究团队发现嗅球投射胆碱能神经元主要位于基底前脑的对角带水平支，并且还投射到海马、下丘脑和额叶皮层等与嗅觉系统相关的区域，但不投射到初级运动和感觉区域。行为学分析揭示了这种功能切换的重要意义。研究发现胆碱能轴突在小鼠高度参与任务时反应更强，甚至在参与状态内部，更高的成功率也与更强的气味反应相关。

功能验证实验证明了这些神经元的重要性。化学遗传学选择性抑制嗅球投射的胆碱能神经元显著减少了嗅球内颗粒细胞在任务中对气味反应， 并且选择性减少了这些细胞在被动气味暴露下对面部动作的反应。 双侧化学遗传学选择性抑制嗅球投射的胆碱能神经元则明显损害了小鼠的嗅觉任务表现。

这项研究首次揭示胆碱能神经元具有快速、动态的功能切换能力，能在几秒钟内从响应运动转换为响应任务相关感觉刺激。这种切换具有模态特异性和区域特异性，为理解大脑如何实现认知灵活性提供了重要的神经机制基础。

这一发现对多个领域具有重要意义。在临床方面，理解正常注意力机制有助于阐明注意力缺陷多动障碍、阿尔茨海默病和帕金森病等疾病中注意力受损的机制。在人工智能领域，这种生物学注意力切换机制可能为开发更灵活高效的 AI 注意力架构提供灵感。

这项研究不仅解决了胆碱能神经元功能的长期争议，更重要的是揭示了大脑具有快速改变操作模式以适应持续变化行为需求的卓越能力。这种情境特异性调节可能是认知灵活性的核心机制，为我们理解大脑如何在复杂多变环境中保持高效信息处理能力提供了新视角。

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来源：小布丁谈健康