乙酰胆碱存在环境吗（乙酰胆碱和视觉空间注意）

灵长类大脑皮层内的乙酰胆碱全部来源于基底前脑（basal forebrain）内的胆碱能神经元。这些胆碱能神经元从基底前脑破壳而出，伸出参天大树般的躯体和枝杈，几乎深入大脑皮层的每一个角落。

基底前脑的乙酰胆碱神经元伸出轴突，将乙酰胆碱释放到大脑的每个角落

在大脑皮层不同的位置，乙酰胆碱扮演着不同的角色。

今天，我们来看一下乙酰胆碱在视觉注意中的作用，这是一篇发表在《Nature》的文章。

当我们将注意力集中在某个地方时，我们的视觉会变得更加敏锐，能察觉到比平时更加细微的变化。同时，我们的大脑感觉皮层内的神经网络也会发生着显著的变化。

为了研究注意力对视觉皮层神经元的改变，科学家给猕猴设计了一个选择性注意的行为学实验。猴子做任务的同时，初级视皮层内的神经元放电被记录着。

猕猴的初级视皮层（V1），绿色部分

首先，猴子需要注视屏幕中央出现的圆点，在最终的目标刺激（光点）出现之前，猴子一直需要注视屏幕中心。

然后，在屏幕的一个方向，会出现一个视觉标记，告知猴子接下来目标刺激会出现在的方位。视觉标记呈现400毫秒后消失。

之后，以中央圆点为中心，对称的两个位置会出现两个黑棒，其中一个位于当前记录的神经元感受野之内。此时猴子仍然需要注视屏幕中心，在之后的一个随机时间点，目标光点会出现在其中一个黑棒上。

但由于之前的视觉标记已经告知目标光点刺激将会出现的方向，所以，猴子会利用眼睛的余光，选择性地把注意力放在即将出现目标刺激的黑棒上，同时忽略另一个黑棒。

目标光点可能首先出现在目标黑棒上，也可能出现非目标黑棒上。如果光点首先出现在非目标黑棒上，这对猴子来说是一个干扰刺激，猴子需要忽略它，继续注视中心圆点。当光点出现在目标黑棒上时，猴子需要将注视点移动到目标光点上，以获得奖励。

在目标光点出现之前的任何一个时间点内，如果猴子的注视点脱离屏幕中心圆点，这一trial就结束，没有任何奖励。

由于猴子需要选择性地将注意力放在某一位置（一个黑棒上），这就给科学家提供了研究选择性注意的窗口。

科学家发现，当猴子的注意力集中的位置刚好位于一个神经元感受野时，神经元的放电频率会显著增大。当猴子注意力远离神经元感受野时，神经元的放电频率相对较小。

注意力使视觉皮层神经元反应增高

这两种情况下神经元放电的差别可以用来衡量注意力对神经元放电的调节作用。如果两者差别大，说明视觉注意力对视觉神经元调节作用强，反之则弱。

随后，科学家将乙酰胆碱，或乙酰胆碱受体的阻断剂加入到初级视皮层。

加入乙酰胆碱后，科学家发现，神经元的放电频率会稍微升高。并且，在注意和不注意两种情况下，初级视皮层神经元放电频率差异变得更大。这说明，乙酰胆碱在注意力对神经元反应调制的过程中起了重要作用。

乙酰胆碱增大在注意和非注意两种情况下神经元的反应差异

乙酰胆碱通过与其受体结合，影响突触后神经元的反应。乙酰胆碱受体分类两大类：毒蕈碱型受体（muscarinic receptor）和烟碱型受体（nicotinic receptor），那么，究竟是哪一种受体在这一过程中起了作用呢？

乙酰胆碱毒蕈碱型受体家族的5个亚型

乙酰胆碱烟碱型受体家族

科学家随后分别将毒蕈碱型受体和烟碱型受体的拮抗剂注入初级视皮层。

乙酰胆碱受体的拮抗剂会竞争性地占据乙酰胆碱在受体上的结合位点，从而使乙酰胆碱无法结合。但拮抗剂并没有乙酰胆碱应有的作用，因此，拮抗剂会阻断乙酰胆碱发挥效应。

乙酰胆碱毒蕈碱型受体非选择性拮抗剂为莨菪碱（scopolamine），莨菪碱阻断所有的毒蕈碱型受体。烟碱型受体的非选择性受体为美加明（mecamylamine），美加明可以阻断所有的烟碱型受体。

科学家发现，当毒蕈碱型受体被阻断时，神经元受注意力调节的程度会显著降低，低于正常水平。

而当烟碱型受体被阻断时，并没有什么变化。

这说明，注意力集中时，初级视皮层神经元发生的改变离不开乙酰胆碱，而乙酰胆碱的这种作用是通过毒蕈碱受体发挥的。

当我们主动地、选择性地注意某些地方，忽略某些地方时，注意力的生成是一种由上而下的模式。即，注意力产生于高级脑区，如额叶，而后，施加影响到低级的感觉皮层，如视觉皮层。这种影响会改变感觉皮层神经网络的性质，使我们的感觉更加敏锐和细微。

选择性视觉空间注意

由上而下的注意力对感觉皮层的影响离不开乙酰胆碱。高级皮层通过作用于基底前脑乙酰胆碱神经元，使更多的乙酰胆碱释放进感觉皮层，从而构建出更加敏锐的感觉神经网络。