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人脑注意系统
Michael I. Posner 俄勒冈大学心理学系，尤金，俄勒冈州97403
Steven E. Petersen 神经内科与神经外科系，华盛顿大学医学院，圣路易斯密苏里州63110
引言
注意力作为人类表现的核心概念可以追溯到实验心理学的开始（James，1890），甚至几年以前，也不可能描绘出人类注意系统的功能解剖的初步形式。神经科学的新发展（Hillyard＆Picton 1987，Raichle 1983，Wurtz等，1980）开启了对生理分析的高级认知研究，揭示了一个解剖领域系统，这个系统似乎是信息选择和焦点处理（有意识）处理的基础。注意力的重要性在于其连接认知科学中使用的过程描述的心理水平和神经科学中常见的解剖学水平独特作用。Sperry（1988，p.609）描述了如下心理概念在理解脑功能方面发挥的核心作用：在自下而上的控制下，声称没有提供整个故事。完整的解释需要考虑到新的，以前不存在的，涌现的属性，包括心理高级水平上因果关系地相互作用以及自上而下施加因果控制。
如果有希望通过心理状态来探索大脑系统的因果控制系统，那必须是建立在如何自愿控制更多的自动脑系统的理解上。我们认为，这可以通过理解人类注意力系统的认知操作和神经元活动的水平来实现。
就像大脑的感觉和运动系统一样，我们对知识注意力的剖析是不完整的。不过，我们现在可以开始确定一些组织的原则，这些原则使注意能够作为一种统一的心理处理控制系统发挥作用。尽管我们的许多观点仍然是推测性和有争议性的，我们相信它们构成认知神经科学角度的注意研究的基础。也许对进一步未来的研究更为重要，心理计时，脑损伤，电生理学和几种神经影像学的多种方法已经融合在共同的发现上。
本章有三个基本的发现。 一是大脑的注意系统在解剖学上与数据处理系统分离，即使注意指向其他地方，数据处理西戎也可以对特定输入进行操作。在这个意义上，注意力系统就像其他感官或运动系统。 它与大脑的其他部分相互作用，但保持自己的身份。第二，注意是一个解剖领域的注意网络。 它既不是一个中心的财产，也不是一般的作为一个整体运作的大脑功能（Mesulam 1981，Rizzolatti 等1985）。第三，设涉及注意的领域执行不同的功能，这些具体的计算可以用认知术语来指定（Posner等，1988）。
为了说明这些原则，重要的是将注意系统划分为执行不同但功能关联的的子系统。在本章我们考虑了在注意认知方面显著的三大功能（Kahneman 1973，Posner＆Boies 1971）：（a）指向感觉事件；（b）检测焦点信号（有意识）处理，（c）保持警惕或警觉状态。
对于每一个子系统，我们采用一种方法测量，这种方法围绕一个特定的示例组织已有的信息。对于定向来说，我们使用视觉位置作为模型，因为这个系统的工作量很大。对于检测，我们专注于报告目标事件的存在。我们认为这个系统对于检测感官处理系统中的以及存储在记忆中的信息非常重要。然而，现有数据主要关注视觉位置的检测和听觉、视觉过程。对于警觉，对于警报，我们讨论需要为处理高优先级目标事件做好准备的情况。(Posner ，1978)
对于定向，检测和警报的子系统，我们回顾已知的剖析，所执行的操作以及注意与数据处理系统（例如视觉词形式，语义记忆）之间的关系，注意子系统在该数据处理系统中运作。因此，对于定向，我们审查与腹侧枕叶的数据处理系统相关的视觉注意系统。对于检测，我们检查与支持语义关联的网络相关的前部注意系统。对于警觉，我们研究唤醒系统的选择性注意的关系。我们尽可能地从各种各样的方法中提取证据，而不是为某一特定方法的首要地位而争论。
定向
视觉位置
由凸刺激来定义（明显的）。凸刺激提高了处理目标敏锐度方面的效率，但也可以通过隐蔽地参与其位置来改变优先激励刺激，眼睛或头部位置没有任何变化（Posner， 1988）。但也可能改变刺激给予的优先级，通过不改变眼睛或头部姿势的情况下，隐蔽地注意其位置(Posner，1988)。
如果一个人或猴子出现在一个地点，发生在那个地点的事件会得到更快的响应（Eriksen＆Hoffman 1972，Posner 1988），引起增强的头皮电活动（Mangoun＆Hillyard 1987），并且可以在一个较低的阈值下报告（Bashinski＆Bachrach 1984，Downing 1988）。这种效率的提高出现在事件发生后的最初150ms内。同样，如果人们被要求将目光投向目标，目标位置的效率的提高在眼睛移动之前就开始了（Remington，1980）。这种隐藏的注意力转移似乎是将视觉指向视野的适当区域而发生效用（Fischer＆Breitmeyer 1987，Posner＆Cohen 1984）。
大脑的几个区域的神经元的感觉反应证明猴子在关注刺激的位置时比其他空间位置时，有更大的放电速率。具有这种增强效果的三个特征区域是后顶叶（Mountcastle 1978，Wurtz等，1980），后外侧丘脑的外侧脉管（Petersen等，1987）和上丘。正电子发射层析成像在正常人体中已经显示了顶叶皮层的类似作用（Petersen等，1988）。
虽然人类被试在这任意这三个领域的脑损伤会导致隐性转移注意力的能力下降（Posner 1988），但每个区域似乎都产生了一种不同的缺陷。后壁的损伤对从注意焦点脱离到位于与病变侧面相反的方向的靶的能力具有最大的影响（Posner等，1984）。
上丘或周围地区逐渐恶化的患者也表现出转移注意力的能力的缺陷。 在这种情况下，无论其他地方是否首先关注，转移都会放缓。这一发现表明，将注意力转移到目标上的计算能力受损。患有这种损害的患者也可以像最近没有去过一样容易回到以前的目标地点。正常受试者和顶叶和其他皮质病变的患者的降低了返回注意已经检查过地点的概率（Posner 1988，Posner＆Cohen，1984）。这两种缺陷似乎是最紧密地联系到与骶骨眼球运动有关的机制。
患有丘脑病变的患者以及化学注射到侧面脉管的猴子也显示出隐蔽定向的困难（petersen等人1987，Posner 1988）。这种困难似乎是引起了对病变的一侧的目标的注意，以避免被其他位置的事件分心。对单侧丘脑病变患者的研究表明，即使受试者有足够的时间来定位，病变对侧的一个提示目标的反应减慢。这与顶叶和中脑发现的结果形成对照，一旦注意到了该地点，双方的反应几乎正常。当向病变的对面提供一侧并给出病变侧面的目标时，这个区域的化学病变的警觉的猴子比正常的反应更快，好像对侧提示在引起注意方面无效（Petersen等， 1987）。当在病变对面的一侧给予目标时，无论提示的一侧如何，它们也比正常情况差。当另一个竞争的事件也存在于同侧领域时，似乎难于满足丘陵动物的对手目标对对方目标。需要过滤掉不相关物质的正常人类受试者的数据表明，在进行过滤所需的场地对侧的脉冲对象中的选择性代谢增加（LaBerge＆Buchsbaum ，1988）。丘脑病变似乎以一种允许完全选择的方式使其在专注目标位置时有问题。这些发现说明了两点。首先，他们证实了解剖学领域对认知活动的特殊影响。其次，他们提出了一种关于隐性视觉注意力转移到空间位置的假说。顶叶首先会使注意力从目前的焦点移开，然后中脑区将注意力的索引转移到目标区域，而枕叶涉及从索引位置读出数据。对于警戒猴的进一步研究应提供测试和修改这一假设的方法。
半球差异
认知定位的最受认可的形式是由分脑脑病患者研究（Gazzaniga，1970）得出的，这两个半球的功能是不同的。不幸的是，在没有研究更详细的本地化的方法的情况下，文献往往将认知分为各种二分法，每个半球分配一个。当我们更好地了解认知系统（例如注意力）如何本地化时，半球优势可以以更加差异化的方式来对待。
就像我们可以关注视觉空间中的位置一样，也有可能把注意力集中在一个狭窄的区域上，或者将注意力分散到更广阔的区域（Eriksen＆Yeh，1985）。为了研究这个问题，Navon(1987)用小的字母组成了大的字母。研究发现，人们可以把注意力集中在小的或大的字母上；得到注意的刺激物控制输出，即使未被注意的字母仍然影响操作。使用小的大字母作为引导局部和全局注意力的方法，结果与不同空间频率的视觉信道的分配有关。
有证据表明，右半球偏向于整体处理(低空间频率)和左半球处理偏向于局部处理(高空间频率) (Robertson amp; Delis 1986, Sergent 1982)。右半球的病人可能会抄小的字母，但会忽略整体的形状，而左半球的病人则会复制整体的形式，但会把组成的小字母写错。对顶叶病人的详细的时间计量研究揭示了注意力分配的困难。因此，右半球患者在全球和左半球的病人对局部方面的表现都不佳(Robertson等，1988)。
这些研究支持了注意力系统整体结构中半球专业化的一种形式。左右半球都进行了对不同方向的注意力转移所需要的操作，但在对注意力分配的详细程度上，它们有更专门的功能。关于这些侧向效应的存在(Grabowska等，1989)和自然性(Kosslyn，1988)有争议。这些半球的专门化似乎既不是绝对的，也不是天生的，而是随着时间的推移而发展起来的，也许与识字的发展相结合。尽管扫盲在侧向化的作用尚不清楚，有一些证据表明，在非识字的正常人和患者中发现的侧向化程度不同于有文化的人群(Lecours 等，1988)。
我们所描述的注意力系统的一般解剖结构位于背侧视觉通路，它的主皮质投射区在VI中，并延伸到顶叶。图1侧面的黑色区域显示了在PET研究中显示的这个后注意力系统的顶叶投影(Petersen等，1988)。视觉定向的顶叶PET激活与上面讨论的病灶和单细胞记录结果吻合良好。血流PET研究也揭示了与视觉文字处理有关的预纹区。例如，左腹中枕叶(图1中的灰色区域)在处理视觉词汇时是活跃的，但不字母不是(Snyder，1989)。在需要对对象进行详细的处理的过程中，后注意系统被认为是在腹侧通道上操作的。（例如在下一节中讨论的视觉搜索任务中）。
注意研究的一个主要方面是看看注意力如何影响其他认知系统的运作，例如涉及识别视觉模式的认知系统。视觉模式识别系统涉及腹部通道，从VI延伸到颞叶皮层。从解剖学上讲，这两个大脑区域可以通过丘脑(pulvinar)(Petersen et aI 1987)或其他途径(Zeki amp; Shipp 1988)来协调。从功能上来说，注意力可能涉及到不同层次的模式识别，从功能的初始注册到新的视觉模式的存储。
模式识别
视觉搜索 所有神经元在激活范围内都有选择性。注意力系统的作用是调节这些类型的刺激，这些刺激在特定的时刻可能是最重要的。要了解这种调制方式是如何运作的，重要的是要知道在没有注意的特殊效果的情况下对刺激是如何加工的。在认知学中，未注意的加工被称为“自动”，以区别于注意力的特殊处理。
我们已经了解了一些关于在视觉对象识别过程中，在人类的腹侧通道中发生的自动处理过程(Posner 1988, Treisman amp; Gormican，1988)。Treisman指出，对单一功能的复杂视觉显示器的搜索可以在干扰物影响相对小的情况下并行进行。当目标被定义为属性的连接(例如，红色三角形)，并且出现在与目标相似的非目标的背景中(例如红色方块和蓝色三角形)时，搜索过程变得缓慢，注意力不集中，而且串行(Duncan amp; Humphreys，1989年)。
我们从认知研究中得知（LaBerge＆Brown 1 989，Treisman＆Gormican 1988），提示人们到位置影响视觉感知的一些方面。Treisman已经表明，当试图结合特征时，被试会注意，而且也表明，在几个对象之间分配焦点注意容易导致这些对象的误差特征，不管它们之间的物理距离（Cohen＆Ivry，1989）。 因此，注意力不仅提供了高度优先考虑的特征，甚至还可以覆盖显示器中对象之间的物理距离。
虽然这些反应时间的结果并不是明确的注意力标记，但也有证据表明，脑损伤患者支持视觉空间注意力系统的作用。这些临床研究检查患者平分线的能力（Riddoch＆Humphreys，1983），搜索复杂的视觉信息（Riddoch＆Humphreys，1987）或报告字母串（Friedrich等1985，Sieroff等1988）。对顶叶后叶的损伤似乎对这些任务具有特定的影响。具有右顶叶病变的患者经常将分叉线偏离正确的线，并且不能报告随机字母串的最左边的字母（Sieroff等人，1988），然而，这些影响并不在识别过程本身。证据是，他们可以通过提示被试隐蔽地关注被忽视的一面来纠正（Riddoch＆Humphreys 1983，Sieroff等，1988）。提示似乎为受损顶叶提供了时间来消除注意力，从而弥补损伤。这也可以用一个词替换一个随机的字母字符串来补偿。病人如果没有报告一个随机字符串的最左边的字母，当字母组成一个单词时，通常会正确地报告。如果线索能引导注意力，它们也会影响正常的表现。在字母串之前给出的提示可以提高附近字母的正常表现，但是提示对组成句子的单词(Sieroff amp; posner ，1988)的报告几乎没有影响。正常人血流量的研究表明，左腹侧枕叶区域的是词或非词音义普通字符串独特区域（Snyder等，1989）。这个视觉词形成区域(见图1的灰色区域)似乎在没有注意的情况下运行，这证实了其他数据，识别一个字可能是如此自动化，不需要空间注意，然而，搜索单个字母的相关任务，形成一个连词，或从一个随机字符串中报告字母，确实依赖于注
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