注意的生理机制

    注意和其他心理现象一样，是由神经系统不同层次、不同脑区的协同活动来完成的。从19世纪中叶以来，生理学家和心理学家们进行过多方面的研究，试图揭示注意活动的复杂的神经机制。
    （一）朝向反射
    朝向反射(orientating reflex)是由情境的新异性所引起的一种复杂而又特殊的反射。它是注意最初级的生理机制。
    20世纪初，在巴甫洛夫的实验室里曾经发生过这样一件事：巴甫洛夫的一位助手用狗做实验，使狗形成了对声音的食物性条件反射。事后，请巴甫洛夫去实验室参观。令人奇怪的是，每当巴甫洛夫在场的时候，实验就不成功，实验动物已经建立的条件反射明显地被抑制了。经过仔细分析，巴甫洛夫认为，由于他在场，狗对新异刺激物（“陌生人”）产生了一种特殊形式的反射，因而对已建立的条件反射产生了抑制作用。巴甫洛夫把这种特殊的反射叫朝向反射。这是人和动物共同具有的一种反射。
    朝向反射是由新异刺激物引起的。刺激物一旦失去新异性（习惯化），朝向反射也就不会发生了。朝向反射又是一种非常复杂的反射。它包括身体的一系列的变化，如动物把感官朝向刺激物；正在进行的活动受到压抑；四肢血管收缩，头部血管舒张；心率变缓；出现缓慢的深呼吸；瞳孔扩散；脑电出现失同步现象等。
    在朝向反射时出现的一系列身体变化，有助于提高动物感官的感受性，并能动员全身的能量资源以应付个体面临的活动任务，如趋向活动的目标、逃离威胁个体生存的情境等。朝向反射的这种特殊作用，使它在人类和动物的生活中具有巨大的生物学意义。
    （二）脑干网状结构
    脑干网状结构是指从脊髓上端到丘脑之间的一种弥散性的神经网络。网状结构(reticular formation)的神经细胞形状很复杂，大小也不等，它们的轴突较长，侧枝也较多。因此，一个神经元可以和周围的许多神经元形成突触；一处受到刺激就可以引起周围细胞的广泛的兴奋。
来自身体各部分的感觉信号，一部分沿感觉传导通路（特异通路），直接到达相应的皮层感觉区；另一部分通过感觉通路上的侧枝先进人网状结构，然后由网状结构释放一种冲击性脉冲，投射到大脑皮层的广大区域，从而使大脑产生一般性的兴奋水平和觉醒水平，使皮层功能普遍得到增强。
    网状结构不传递环境中的特定信息，但它对维持大脑的一般性活动水平，保证大脑有效地加工特定的信号，具有重要的意义。
    （三）边缘系统和大脑皮层的功能
    网状结构的激活作用，使脑处于觉醒状态。没有由网状结构引起的大脑活动的普遍激活，就不可能有注意。但是，觉醒并不等于注意，用网状结构的激活作用不能充分解释注意的选择性。人选择一些信息，而离开另一些信息，是和脑的更高级的部分——边缘系统和大脑皮层的功能相联系的。
    边缘系统(limbic system)是由边缘叶、附近皮层和有关的皮层下组织构成的一个统一的功能系统。它既是调节皮层紧张性的结构，又是对新旧刺激物进行选择的重要结构。一些研究表明，在边缘系统中存在着大量的神经元，它们不对特殊通道的刺激作反应，而对刺激的每一变化作反应。因此，当环境中出现新异刺激时，这些细胞就会活动起来，而对已经习惯了的刺激不再进行反应。这些神经元也叫“注意神经元”。它们是对信息进行选择的重要器官，是保证有机体实现精确选择的行为方式的重要器官。这些组织的失调，将引起整个行为选择的破坏。临床观察表明，这些部位的轻度损伤，将使患者出现高度分心的现象；这些部位严重损伤，将造成精神错乱和虚构现象，意识的组织性与选择性也会因此而消失。
    产生注意的最高部位是大脑皮层。大脑皮层不仅对皮层下组织起调节、控制的作用，而且是主动地调节行动、对信息进行选择的重要器官。对大脑额叶（frontal lobe）严重损伤的病人进行的临床观察表明，这种病人不能将注意集中在所接受的言语指令上，也不能抑制对任何附加刺激物的反应。这些病人在没有干扰的条件下能做某些事情，但只要环境中出现任何新的刺激或存在任何干扰作用，如有外人走进病房或病房中有人在说话，他们就会停止原来进行的工作，把视线转向外来者或说话人的方向。由于注意高度分散，使他们无法完成有目的的行为。
    人脑额叶直接参与由言语指示所引起的澈活状态。它通过与边缘系统和网状结构的下行联系，不仅能够维持网状结构的紧张度，而且能够对外周感受器产生抑制性的影响。额叶损伤的病人表现出对新异刺激和环境干扰的过分敏感，可能与额叶丧失了对皮下组织的抑制作用有关。
近些年来，事件相关电位（event related potential，ERP）技术、脑磁图(magnetoencephalography，MEG)技术、正电子发射断层扫描(PET)和功能磁共振成像(FMRI)等新技术不断应用于神经心理学研究。应用这些技术，人们对注意的神经机制及注意对大脑活动的影响进行了大量的实验研究。一般说来，认知活动在大脑皮层都有相应的功能区或功能单元定位，如视觉活动通常定位在大脑枕叶(occipital lobe)部位，而听觉活动则定位在颞叶(temporal lobe)区域。研究发现，当注意指向一定的认知活动时，可以改变相应的大脑功能区或神经功能单元（通常是由很多神经元组成的神经环路）的激活水平，从而对当前的认知活动产生影响。注意的这种作用可以通过三种方式来实现：①提高目标认知活动对应的神经功能单元的激活水平；②抑制目标周围起干扰作用的神经功能单元的活动；③上面两种方式的结合（LaBerge，1997）。来自PET和ERP的研究一致显示，当注意集中在某一认知活动时，其相应的神经功能单元的活动水平增加。
    基于已有的研究发现，拉贝奇（LaBerge，1997）提出对某一对象的注意需要三个脑区的协同活动，这三个脑区分别是：①认知对象或认知活动的大脑功能区（功能柱）；②能提高脑的激活水平的丘脑神经元；③大脑前额叶的控制区，可以选择某些脑区作为注意的对象，提高其澈活水平，使激活维持一定的程度和时间。这三个脑区通过三角环路的形式结合起来，是产生注意现象的生理基础。