沿皮层吸引子景观的神经动力学几何反映了注意力的变化

我们的走神如何沿隐秘路径前行

我们都知道全神贯注于一项任务与随意看节目时的那种不同感受。本文提出了一个简单而有力的问题：在这些情形下，大尺度的大脑活动是否以不同方式移动，仿佛在一片有山有谷的地形上行走？研究者将大脑活动看作在这片景观中移动的一个点，结果表明注意力的变化——无论我们是在专注于一项高要求的任务，还是在观看情景喜剧——都与大脑活动如何在这片隐秘地形上流动密切相关。

一种脑状态的景观

作者把大脑的总体活动想象成在“状态空间”中移动的点，空间中的每个位置反映了不同脑区的活动水平。在这个空间里，某些活动模式特别稳定，会像山谷一样把大脑活动吸引过去。这些“山谷”称为吸引子，对应于重复出现的大尺度活动模式，或“脑状态”。通过将数学模型应用于来自数百次静息、任务和观影的功能性磁共振成像数据，研究表明大多数情况下，如果没有新的外部影响，大脑活动会倾向于滑入少数这些山谷，而不是无休止地漫游。

在皮层上绘制稳定模式

为了确定这些山谷的位置，研究者对两个公开数据集的大脑数据拟合了一个动力学系统模型。该模型将内部影响——不同脑区之间的相互作用——与外部影响（如视觉和听觉刺激）区分开来。然后他们从许多不同的起点出发，模拟让模型化的大脑活动向前演化会发生什么。这些仿真几乎总是会收敛到少数稳定模式。将这些模式归类后，研究者发现所得吸引子与大脑中已知的大尺度网络一致：涉及内部思维的区域（常称为默认模式网络）以及处理感觉输入和运动的区域。换言之，景观中的“山谷”在很大程度上由大脑的基本连线和已知的功能网络决定。

注意力改变路径，而非地标

尽管主要的山谷大体保持在相同位置，但大脑在景观中移动的方式并不总是相同。团队逐时刻检查模型化大脑活动相对于最近吸引子的移动速度和方向。他们区分了由内部脑动力学驱动的运动和由传入刺激推动的运动。在高要求的注意任务中——参与者需要对快速呈现的图像做出可靠反应——大脑的内部动力学直接指向与默认模式网络相关的某一吸引子，并迅速向其下沉，仿佛那部分景观变得更陡、更像漏斗。相反，在观看情景喜剧、且参与者报告高度投入时，大脑的内部动力学倾向于移动更慢并远离吸引子，在景观的更平坦、更居中的区域漫游。

不同情境，不同坡度

这些对比模式表明注意力并非简单的“高”或“低”，而是取决于我们正在做的事情以不同方式表现出来。在费力的任务中，集中注意力意味着大脑迅速落入与任务相关的深槽，使其动力学更稳定、更具指向性。在引人入胜的故事情境中，专注的投入则似乎与大脑停留在槽间较浅的区域相吻合，更少被单一状态牵引、保持更大的灵活性。重要的是，这些变化是由大脑的内在动力学驱动的，而不是由感觉输入的原始强度决定的，这意味着内部机制——可能涉及大脑中的化学信号系统——改变了景观的体验方式，而并未移动底层的山谷本身。

这对理解专注意味着什么

对非专业读者来说，结论是：你的大脑“可能状态的地图”相当稳定，但你如何在这张地图上移动会随你的注意状态和所处情境改变。当你专注于一项高要求的任务时，大脑活动会迅速落入支持稳定与准确表现的特定深槽。当你沉浸在一部电影中时，大脑则在更平坦的区域滑行，保持灵活而不被任何单一模式锁定。通过将这些动力学建模为在景观上的运动，这项工作提供了一种几何化的视角，来理解注意力等内在状态如何由大尺度的大脑活动模式产生。

引用: Song, H., Chen, R., Botch, T.L. et al. Geometry of neural dynamics along the cortical attractor landscape reflects changes in attention. Nat Commun 17, 2673 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69041-8

关键词: 注意力, 大脑网络, 神经动力学, 吸引子景观, 功能性磁共振成像