Untuk meningkatkan perhatian, otak kita tidak meningkatkan konsentrasi, tetapi menggunakan filter informasi

Sebuah jaringan saraf yang menekan informasi yang mengganggu dari indera memegang kunci untuk mengurai pekerjaan perhatian dan proses kognitif lainnya.

Kita memperhatikan hanya sebagian kecil dari informasi dari organ-organ indera yang datang kepada kita. Hasil penelitian baru membantu untuk memahami bagaimana otak pada setiap saat dalam waktu menyaring sensasi yang paling tidak menarik.

Kita dapat mendengarkan percakapan di ruangan bising, di antara suara-suara lain menjadi lebih tenang atau lebih keras, atau di tengah dengungan AC. Kita bisa melihat banyak kunci di lautan sampah, atau rakun, bergegas melintasi mobil. Terkadang, bahkan dengan sejumlah besar informasi yang memenuhi indera kita, kita dapat berkonsentrasi pada apa yang penting bagi kita dan bertindak sesuai dengannya.

Proses peralihan perhatian membantu otak menghidupkan "sorotan" yang terkait dengan stimulus yang diinginkan dan menyaring segala hal lainnya. Ahli saraf ingin mengidentifikasi jaringan saraf yang memandu dan memberi makan sorotan ini. Selama beberapa dekade, penelitian mereka telah dikaitkan dengan korteks, struktur bergelombang di permukaan otak, biasanya dikaitkan dengan kecerdasan dan kerja pikiran. Menjadi jelas bahwa aktivitas korteks meningkatkan pemrosesan sinyal untuk berkonsentrasi pada hal-hal yang menarik bagi kita.

Namun, saat ini beberapa peneliti mencoba menggunakan pendekatan yang berbeda, mempelajari bagaimana otak menekan informasi, dan bukan bagaimana itu melengkapi informasi itu. Lebih penting lagi, mereka menemukan bahwa proses tersebut melibatkan bagian otak yang lebih kuno dan lebih dalam - area yang jarang dianggap terkait dengan perhatian.

Karena hal ini, para ilmuwan tanpa disadari mulai secara bertahap bergerak menuju pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana tubuh dan pikiran saling terkait secara mendalam dan tak terpisahkan - melalui persepsi otomatis sensasi, gerakan fisik, dan kesadaran tingkat yang lebih tinggi.

Berburu untuk jaringan saraf

Perhatian itu tampaknya sangat terkait dengan kesadaran dan fungsi kompleks otak lainnya sehingga selama beberapa waktu para ilmuwan menganggapnya terutama sebagai manifestasi dari kerja korteks serebral. Untuk pertama kalinya, ide ini secara serius ditinggalkan pada tahun 1984 ketika Francis Crick, yang dikenal karena karyanya pada struktur DNA, menyarankan bahwa "sorotan" dikendalikan oleh daerah otak yang dalam yang disebut thalamus , yang sebagian menerima data dari organ sensorik dan memindahkannya ke korteks. . Dia mengembangkan teori bahwa thalamus sensorik bekerja tidak hanya sebagai pemancar, tetapi juga sebagai penjaga - tidak hanya jembatan, tetapi juga bagian pengekang saringan aliran data untuk menetapkan tingkat konsentrasi tertentu.

Namun, beberapa dekade telah berlalu, dan upaya untuk menentukan mekanisme yang bertanggung jawab atas hal ini telah gagal - khususnya karena sangat sulit untuk mempelajari perhatian hewan di laboratorium.


Michael Halassa, Ahli Saraf di MIT

Ini tidak menghentikan Michael Halassa , seorang ilmuwan saraf di Brain Research Institute. McGovern di MIT. Dia ingin menentukan dengan tepat bagaimana data sensorik disaring sebelum informasi ini mencapai korteks serebral, untuk menemukan jaringan saraf tertentu, yang, menurut Crick, terlibat dalam hal ini.

Dia tertarik oleh lapisan tipis neuron penghambat, "inti retikulum thalamus" (SNF), yang berfungsi sebagai membran thalamus. Pada saat Halassa menjadi postdock, ia sudah menemukan mekanisme skrining perkiraan: SNF kehilangan data sensor ketika hewan itu terjaga, dan memperhatikan beberapa aspek lingkungan, tetapi memblokir mereka ketika sedang tidur.

Pada 2015, Halassa dan koleganya menemukan angka putus sekolah yang bahkan lebih baik, yang memungkinkan kami untuk lebih mudah menetapkan SNF ke jaringan saraf yang lama diinginkan - dan kali ini terkait dengan bagaimana hewan memilih apa yang menjadi fokus ketika perhatian mereka dibagi antara beberapa organ perasaan. Penelitian ini menggunakan tikus yang dilatih untuk mengikuti arah cahaya dan suara yang berkedip. Kemudian, para ilmuwan menyalakan hewan secara bersamaan beberapa perintah yang saling bertentangan dari cahaya dan suara, sambil mengisyaratkan kepada mereka sinyal mana yang harus diabaikan. Respons tikus menunjukkan seberapa efektif mereka dapat berkonsentrasi. Dalam percobaan, para ilmuwan menggunakan teknik yang sudah mapan untuk menonaktifkan aktivitas di berbagai bagian otak untuk melihat dalam kasus mana ini akan mencegah hewan dari bertindak secara efektif.

Seperti yang diharapkan, peran korteks prefrontal, mengeluarkan perintah tingkat tinggi ke bagian lain dari otak, sangat penting. Namun, tim juga menemukan bahwa jika dalam percobaan tikus perlu memperhatikan penglihatan, kemudian melepaskan neuron dalam SNF visual mencegah mereka dari bertindak. Juga, ketika neuron-neuron ini dimatikan, tikus mengalami kesulitan berkonsentrasi pada suara. Bahkan, jaringan saraf memutar tombol-tombol tuning dari proses penghambatan daripada menarik, dan SNF menghambat informasi yang dianggap mengganggu prefrontal cortex. Jika mouse harus memprioritaskan informasi pendengaran, korteks prefrontal memberikan sinyal kepada SNF visual untuk meningkatkan aktivitas untuk menekan thalamus visual, yang mematikan aliran data visual yang tidak perlu.

Ternyata metafora dengan perhatian sebagai lampu sorot bekerja sebaliknya: otak tidak meningkatkan "pencahayaan" dari stimulus yang menarik untuk itu, tetapi "meredupkan pencahayaan" dari semua yang lain.

Terlepas dari keberhasilan penelitian ini, para ilmuwan menghadapi masalah. Mereka mengkonfirmasi kecurigaan Crick: korteks prefrontal mengontrol filter thalamus untuk informasi sensorik yang masuk. Namun, korteks prefrontal tidak berhubungan langsung dengan bagian sensorik SNF. Sebagian dari jaringan saraf hilang.

Sampai saat ini. Dan akhirnya, Halassa dan rekan menempatkan potongan-potongan terakhir dari teka-teki, dan hasilnya mengungkapkan banyak tentang cara mempelajari perhatian.

Kami memblokir, teduh, berkedip

Menggunakan eksperimen yang mirip dengan yang mereka lakukan pada tahun 2015, anggota tim menyelidiki interaksi fungsional dari berbagai bagian otak, serta koneksi saraf di antara mereka. Mereka menemukan bahwa jaringan saraf lengkap membentang dari korteks prefrontal ke struktur yang lebih dalam, inti basal (sering dikaitkan dengan motilitas dan banyak fungsi lainnya), kemudian pergi ke SNF dan thalamus, dan kemudian kembali ke daerah yang lebih tinggi dari korteks. Jadi, misalnya, informasi visual yang datang dari mata ke thalamus visual dapat hampir secara instan dicegat jika tidak terkait dengan tugas yang sedang dilakukan. Inti basal dapat melakukan intervensi dan mengaktifkan SNF untuk menyaring rangsangan eksternal, sesuai dengan instruksi dari korteks prefrontal.

"Ini adalah jalur umpan balik yang menarik yang, menurut pendapat saya, tidak ada yang pernah dijelaskan sebelumnya," kata Richard Krautslis , seorang ilmuwan saraf di National Eye Institute di National Institutes of Health di Maryland, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Selain itu, para peneliti menemukan bahwa mekanisme tidak hanya menyaring satu perasaan untuk meningkatkan perhatian ke perasaan lain: ia juga menyaring informasi di dalam satu perasaan itu. Ketika tikus mengisyaratkan bahwa mereka perlu memperhatikan suara-suara tertentu, SNF membantu menekan kebisingan latar belakang dalam sinyal suara. Hasil pemrosesan input data dari organ sensorik "bisa jauh lebih akurat daripada hanya menekan seluruh wilayah thalamus untuk satu modalitas sensorik, yang merupakan bentuk penekanan yang agak kasar," kata Duje Tadin , seorang ahli saraf di University of Rochester.

"Kita sering tidak memperhatikan bagaimana kita menyingkirkan hal-hal yang kurang penting," tambahnya. "Dan saya pikir ada cara yang lebih efisien untuk menangani informasi." Jika Anda berada di ruangan yang bising, Anda dapat mencoba mengangkat suara Anda sehingga Anda dapat didengar - atau mencoba menghilangkan sumber kebisingan. Tadin mempelajari penekanan efek latar belakang dalam proses lain yang terjadi secara otomatis, dan juga lebih cepat daripada perhatian selektif.

Penemuan Halassa menunjukkan bahwa otak mematikan informasi luar lebih awal dari yang diperkirakan. "Apa yang menarik," kata Jan Fiebelkorn , seorang ahli saraf kognitif di Princeton University, "penyaringan dimulai pada langkah pertama ini, sebelum informasi mencapai korteks visual."



Ada titik lemah yang jelas dalam strategi ejeksi otak untuk informasi sensorik - yaitu, bahaya bahwa data yang dibuang mungkin berubah menjadi penting secara tak terduga. Pekerjaan Fiebelkorn menunjukkan bahwa otak memiliki cara untuk memastikan terhadap risiko seperti itu.

Fiebelkorn mengatakan bahwa orang membayangkan sorotan sebagai sinar cahaya yang konstan menyoroti tempat-tempat di mana hewan harus mengarahkan sumber daya kognitifnya. "Tetapi penelitian saya menunjukkan bahwa ini tidak benar," katanya. "Rupanya, sorotan ini berkedip."

Menurut penemuannya, fokus sorotan menjadi lebih lemah dari empat kali per detik, mungkin agar hewan tidak terlalu berkonsentrasi di satu tempat atau satu stimulus. Penindasan singkat terhadap informasi penting ini memacu rangsangan perifer, dan menciptakan kemampuan bagi otak untuk mengalihkan perhatiannya ke hal lain jika perlu. "Otak tampaknya dirancang untuk terganggu secara berkala," katanya.

Fibelcorn dan rekannya mempelajari wilayah subkortikal dengan tujuan untuk mengungkapkan struktur jaringan saraf. Sejauh ini, mereka sedang mempelajari peran bagian lain dari thalamus, tetapi merencanakan di masa depan, seperti tim Halassa, untuk berurusan dengan ganglia basal.

Berpikir dalam aksi

Karya-karya ini menandai perubahan signifikan dalam neurobiologi: setelah proses perhatian dianggap sebagai domain eksklusif korteks. Namun, menurut Krautslis, dalam lima tahun terakhir "telah menjadi sedikit lebih jelas bahwa semua ini terjadi di bawah kulit kayu."

"Kebanyakan orang menginginkan korteks serebral untuk melakukan semua kerja keras, tetapi saya tidak berpikir itu realistis," kata John Maunsel , seorang ahli saraf di University of Chicago.


Halassa dengan array multi-elektroda, yang dengannya ia dan rekan-rekannya mengendalikan aktivitas otak

Penemuan oleh Halassa tentang peran ganglia basal dalam pekerjaan perhatian sangat menarik. Secara khusus, karena itu adalah bagian kuno otak yang tidak dianggap sebagai bagian dari jaringan yang bertanggung jawab atas perhatian selektif. "Ikan juga memilikinya," kata Krautslis. "Hingga vertebrata paling awal, termasuk lamprey yang bahkan tidak memiliki rahang" - atau neokorteks - "mereka pada dasarnya memiliki versi sederhana dari ganglia basal, dan beberapa jaringan saraf yang sama." Jaringan saraf ikan dapat memberi tahu kita bagaimana perhatian berkembang.

Halassa sangat tertarik pada fakta bahwa hubungan antara perhatian dan ganglia basal dapat terbuka bagi kita dalam bidang penyakit seperti gangguan defisit perhatian dan autisme, yang sering memanifestasikan diri mereka sebagai hipersensitivitas terhadap data sensorik tertentu yang masuk.

Tapi mungkin yang paling menarik dari semua, mengenai partisipasi ganglia basal dalam proses ini, adalah bahwa struktur ini biasanya dikaitkan dengan kontrol motorik, dan beberapa studi baru semakin mengaitkannya dengan pembelajaran dengan penghargaan, pengambilan keputusan dan jenis motivasi lainnya. perilaku

Setelah pekerjaan yang dilakukan di laboratorium Halassa, peran ganglia basal diperluas untuk mencakup pengelolaan data sensorik. Ini menggarisbawahi fakta bahwa "perhatian benar-benar terdiri dari beralih dari satu ke yang lain dalam urutan yang benar, di mana Anda tidak terganggu oleh sesuatu yang seharusnya tidak mengalihkan perhatian Anda," kata Maunsel. "Gagasan untuk memasukkan struktur motilitas dalam proses ini masuk akal - mereka harus berada di pusat proses pengambilan keputusan tentang apa yang akan Anda lakukan pada saat berikutnya, dan pada apa yang harus Anda konsentrasikan pada sumber daya sensorik."

Ini bertepatan dengan semakin populernya perhatian terhadap perhatian - dan untuk berpikir secara umum - sebagai proses berdasarkan apa yang disebut "Temuan aktif." Otak tidak hanya secara pasif mengambil sampel informasi dari lingkungan, merespons rangsangan eksternal yang diterima. Proses sebaliknya juga terjadi - gerakan fisik kecil seperti berkedip juga mengendalikan persepsi. Sistem sensorik dan motorik "tidak bekerja secara terpisah, mereka berevolusi bersama," kata Fiebelkorn. Oleh karena itu, daerah yang bertanggung jawab untuk pergerakan, tidak hanya membantu membentuk parameter keluaran (perilaku hewan); mereka juga membantu membentuk dan memasukkan. Penemuan Halassa memberikan bukti lebih lanjut untuk peran proaktif tersebut.

"Persepsi baik untuk tindakan, karena kita perlu membayangkan dunia bagaimana untuk bertindak di dalamnya," kata Helin Slagter , seorang ilmuwan kognitif di Universitas Amsterdam. "Dan sebagian besar, kita belajar memahami dunia di sekitar kita melalui tindakan." Sejumlah besar koneksi internal dengan korteks serebral menunjukkan bahwa selain mengendalikan perhatian, "struktur subkortikal ini memainkan peran yang jauh lebih besar dalam fungsi kognitif yang lebih tinggi daripada yang sering dipertimbangkan."

Dan ini, pada gilirannya, dapat memberi kita gagasan tentang kesadaran, topik penelitian yang paling sulit dipahami dalam neurobiologi. Sebagai berikut dari sebuah studi oleh Halassa dan lainnya, "ketika kita mempelajari korelasi koneksi saraf dan perhatian, pada kenyataannya, kita sampai batas tertentu mempelajari korelasi koneksi saraf dan persepsi," kata Maunsel. "Ini adalah bagian dari cerita yang lebih besar, upaya untuk memahami cara kerja otak."

Slagter sekarang mempelajari peran ganglia basal dalam pekerjaan kesadaran. “Ketika memahami dunia, kita tidak hanya menggunakan tubuh kita, kita merasakannya melalui tubuh. Dan otak membangun representasi dunia untuk bertindak secara bermakna di dalamnya, ”katanya. "Konsekuensinya, persepsi sadar harus terkait erat dengan tindakan," seperti perhatian. "Kesadaran harus berorientasi pada tindakan."