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让我们回头看看琳达。她在那儿，坐在她开放式办公室的桌前，被众多互相交谈的同事以及不断响起的电话铃声包围着。她的桌上堆满报告、文章以及小册子。她的电脑桌面上打开着一个显示着各种各样硬盘的网页，而她则要在其中选择一种采购。页面右边有一个动画广告，正在推销去西印度群岛的便宜旅程。桌面底部有个小图标在提醒她收件箱里尚有未阅读过的邮件，而她的手机则用欢快的“噗呤”声向她宣布她刚刚收到了一条短信。她该作出怎样的选择？她的眼睛究竟该看向哪里？她视野中的什么元素应该被收集、处理、领会并进行思考？她的注意力该放在什么上面？
注意力就是一扇门户，信息的洪流通过它传递到大脑。把你的注意力投向哪里其实就相当于是在筛选信息，因为在这个过程中，你从所有呈现给你的信息中把优先级设给了其中的一小部分。注意力常常被比喻成一道光束或一盏聚光灯的光，就像你可以用手电筒指向黑暗房间里的某一件物体一样，你也能将注意力指向你周遭环境的一部分并从纷繁复杂的事物中选出少量的信息。
如果要解决克罗马农人的大脑遭遇信息时代洪流时发生了什么，我们就必须从“注意力”这里开始。
琳达最终决定暂时忽略她的电子邮件，并且开始从桌上的一堆报告中选出一篇来看。来之不易的宁静在此停留了片刻，而她也毫不费力地看完了很多页。不过她很快意识到过去几分钟里她所看的字一个也没有理解，因为她脑子里还在想着昨天晚餐时的事情。
她发现自己有点神游天外，于是迫使自己重新专注于手头的文本。然而，才过了一分钟，她就因为身后有人不小心打碎了咖啡杯而走了神。当然，不只是琳达，整个办公室的人的注意力都被吸引了过来。上午的工作时间进入了后半程，办公室里各种情况越来越多，琳达决定把报告留到稍后进行处理。
到了那天下午稍晚一点的时候，办公室开始空下来了，琳达继续读起了她的报告。这次，在一点咖啡因的帮助下，她实实在在地专心读了45分钟。直到连篇累牍的废话和轻微的睡眠不足合谋，给她带来了挥之不去的疲倦感，她才把那一沓报告放回桌子上。
很明显，琳达这天经历的阅读报告的困难与注意力有关。那么我们的“注意力”究竟是什么呢？研究脑功能和注意力的科学家发现了不同类型的注意力。以琳达今天的工作为例，至少存在3种注意力。第一种类型是受控注意（controlled attention），当她有意识地强迫自己专注于月度报告时调用的就是这种注意力。一旦她开始回想昨天的晚餐，她就失去了对这种注意力的控制。第二种类型是刺激驱动注意（stimulus-driven attention），即那种不由自主地被周遭环境中的突发事件吸引的注意力，例如在咖啡杯掉落的那一刻。第三种类型被称为唤醒（arousal），这种注意力在那天稍晚疲劳降临的时候就变得难以集中。
本书将主要介绍与选择性有关的前两种注意力。然而在这之前，让我们先稍加详细地了解一下唤醒。与其他两种注意力稍微不同的地方在于，唤醒并不选择房间里某个特定的位置或某个特定的物体，用我们的话来说，它是非选择性的。唤醒的水平每分每秒都会有所不同。用来说明唤醒模式的典型例子是执行雷达监控任务的士兵在雷达屏幕上搜寻可能代表敌方飞机的信号点。在这种刺激非常少的任务中，唤醒会慢慢减退，这个现象可以由反应时间减慢及总体表现变差来反映。
唤醒的水平可以因某些迫在眉睫的事件而暂时性得到提升。某些物质，比如咖啡因，也能短时间地强化唤醒——在夜里喝上两杯咖啡能够优化雷达操作员的表现。然而，喝下10杯咖啡的战士可能在执勤效率上变得更差，因为他们很可能会把每个出现在雷达屏幕上的新信号都作为敌机进行拦截。这就是所谓的过犹不及。唤醒与表现之间的关系服从一条倒U形曲线：我们在达到中等唤醒程度的时候表现最佳，即处于太少和过度这两个极端之间的最优点（图2.1）。从某些角度来说，焦虑可以对大脑产生与咖啡一样的效应。因此适度的焦虑是有益处的，但是过度焦虑会妨碍你的表现。
如果我们不把注意力集中在什么东西上面，我们就不会记住它。心不在焉是造成健忘的最常见的原因，或者，用研究记忆的学者以及作家沙克特（Daniel Schacter）的话来说，是记忆的“七宗罪”之一。有一个关于失踪的斯特拉迪瓦里名琴
（Stradivarius）的故事可作为对此的一个戏剧化的注解。一支弦乐四重奏乐团刚在洛杉矶开完一场音乐会，其中一位小提琴演奏家使用的是一把特别珍贵的小提琴，可谓无价之宝的17世纪斯特拉迪瓦里小提琴。演奏会后，乐团随即准备驱车返回酒店。高强度的演奏无疑令这位小提琴家备感疲劳，也有可能是他当时脑子里正在回味自己完美的演出，想象着次日见报的如潮好评，他居然在上车时粗心地把小提琴放在了车顶上。车开走了，当他们到达酒店时他才意识到小提琴丢了。这件离奇失踪的名琴就这么销声匿迹了27年，直到有人将它送修时才被鉴定出来。由此可见，尽管有些时候光有注意力还不够，但是注意力对我们向记忆中储存信息的确是至关重要的。如果你在脱下眼镜时注意力正在别的事情上，那么稍后就很难回想起来把眼镜放在哪儿了。这项信息根本就未进入大脑的门户。
图2.1 唤醒与表现之间的关系
当我们把注意力投向一个地方或一件物体时，我们在解读它所负载的信息时就会更高效，也更容易察觉到它所表现出来的细微变化。如果琳达在深夜回家的路上感觉到好像有什么人藏在门口，她一定会停住脚步然后集中注意力观察那个位置。她也不至于会忽略另一个出现在邻居家门口的身影，但是她更加容易发现在那个她所关注的门口阴影处哪怕是极细微的动静。她的注意力不仅会提高她感知细微变化的能力，也能增加她对可能从那里出现的威胁的反应速度。
我们对于注意力是什么都有着自己的主观感觉，然而，追求精确的科学家则会去测量注意力，就像测量他们其他的研究对象。事实上，注意力确实是可以被量化的。
俄勒冈大学的心理学家波斯纳（Michael I. Posner）设计了一系列简单而巧妙的实验，实验可以在计算机上进行，并且每个实验针对不同类型的注意力。其中有一个实验是，受试者被要求在看到电脑屏幕上的方形目标时立即按下按钮。因为图形是突然出现的，所以完成任务主要需要刺激驱动注意。在另一个实验中，会出现一个三角形来提示受试者接下来将要出现方形目标，这会提高受试者的唤醒。而在第三个实验中，在方形目标出现之前几秒钟，会有一个箭头出现在屏幕上，不仅告诉受试者目标将要出现还指出了出现的位置，于是受试者可以通过受控注意，将注意焦点投向屏幕的特定位置等着目标出现。
通过测量这些实验中的反应时间，科学家可以对不同的注意力进行量化。有趣的是，他们发现这些不同的注意力似乎是相互独立的。这种各自为政的系统意味着，我们可以在某种注意力上出现问题而其他注意力不会受到影响。
这个现象在澳大利亚的一项研究中被发现。在这项研究中，确诊患有ADHD的儿童和不患有ADHD的儿童被要求在索尼游戏机上玩两个不同的游戏。第一个是《近距离射击》（Point Blank），游戏中需要瞄准并射击各种各样的目标。孩子们需要尽可能快地作出反应并扣下扳机，他们的成功率极大程度上取决于他们的刺激驱动注意力。第二个游戏是《古惑狼》（Crash Bandicoot），这是一种闯关游戏，玩家需要控制勇敢的小古惑狼（其实是一种袋鼬）沿着一条预定的线路穿越丛林，一路上完成任务、避开陷阱并到达某个目的地。这两个游戏的不同之处在于，在第一个游戏中，玩家只是简单地被屏幕上一些需要他们作出反应的移动物体吸引注意即可，而在第二个游戏中还需要有一定程度对注意力的控制。该研究发现，两组儿童在玩《近距离射击》中的表现并没有差异，然而在玩《古惑狼》时，患有ADHD的儿童的表现明显比对照组儿童差，他们的得分较低，活泼的小古惑狼较频繁地死于非命。
所以看起来，刺激驱动注意与受控注意应该是分离的。更进一步说，这可能意味着它们是由不同的脑区，或者不同的脑功能控制的。那么，注意力背后的生物学机制是什么呢？我们的脑细胞是如何编码一道注意力光束的呢？
设想你正身处在一间巨大的很像是医学检查室的白色房间。墙边放着很多盒子，里面装满了一次性手套、医用胶带和止血敷布，另外还有一套大小各异的白色和蓝色的塑料球，以及看起来像是配备了保护栅格的头盔似的东西。所有沿墙堆放的东西都有一个共同点：它们都没有磁性。因为在房间的中间有一个边长大约2米的装有电磁铁的白色立方体，它产生的磁场足以把附近的氧气瓶吸过去。为了能产生如此强大的磁场，设备中的超导线圈必须用液氦冷却到-269℃。在这个立方体的中间有个圆柱形空洞，可以水平地放进一张长凳，把躺在上面的人送入磁场中心，可以对脑部活动进行扫描。
这个立方体设备就是磁共振（magnetic resonance,缩写为MR）扫描仪，它是目前我们想要观察大脑内部以研究注意力如何工作时可以使用的最复杂的仪器之一。一旦受试者被安置在扫描仪中，就可以要求他进行某些特定的脑力任务，比如在扫描仪捕捉他脑部图像的时候，要求他把注意力从画面的这一部分切换到那一部分。这样的活动进行大约半个小时后，就有足够的数据来确定究竟大脑的哪个部位被激活了。
归根结底，这项技术所分析的是脑部的血流情况。当某个特定部位的神经细胞，即神经元（neuron）被激活时，这个部位的含氧血液的供应就会增加。20世纪90年代，科学家发现，血红蛋白（一种血液成分）是否结合有氧分子会影响周围的磁场，所以磁共振扫描仪能够用来获取大脑活动的图像。磁共振扫描仪还可以用来生成详细的脑部解剖学图像，并据此来定位肿瘤或其他脑部异常。然而，当磁共振扫描仪被用来敏感地捕捉含氧血红蛋白的变化时，科学家们感兴趣的其实是大脑的功能。因此，这一项技术也被称为功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，缩写为fMRI）。
在一项由威斯康星医学院的布瑞夫琴斯基（Julie Brefczynski）和德约（Edgar DeYoe）所进行的研究中，fMRI被用来测量注意力的效果。受试者躺在磁共振扫描仪中看着屏幕，上面显示着像飞镖靶一样的分成不同颜色的圆环，他们必须把视觉焦点放在圆心，但是注意力要在不同的色区间切换，因此这是一个对受控注意的测试。为了确保脑部活动不受眼球运动的影响，科学家利用了眼睛注视点和注意力集中点可以分离的现象。你自己也可以尝试一下，眼睛看着钟面的中心，而注意力顺着数字转一圈。
为了理解这个实验的结果，我们还需要多知道一点关于大脑如何处理感觉刺激的背景知识。当我们使用磁共振扫描仪来研究脑功能时，科学家常常是对皮层的活动感兴趣。皮层就是包裹着大脑其余部分的一层薄薄的灰质。由于皮层上随处可见的褶皱和沟壑，因此相对于有限的颅腔体积，皮层的面积可以说非常之大。皮层上最早被视觉刺激激活的区域叫做枕叶，它也常常被称为初级视皮层（primary visual cortex），视觉信号从这里再被投射到更加专门的视觉脑区。一个人所处环境的每一个部分，例如飞镖靶上的不同色区，都被不同的视觉皮层区解码，这样就给每个人绘出了一张关于外部世界的内部映射图。
当受试者保持眼睛不动同时注意力在各个色区间游移时，科学家就能检测到与之对应的初级视皮层区域的活动。事实上，研究结果非常清晰，以至于他们完全有可能通过观察受试者哪个脑区正在活动，从而判断出他们的注意力投向何处。这个研究说明我们将注意力比作聚光灯的光束是非常恰当的，甚至从注意力的生物学机制上说也很契合。如果视皮层是一张环境的地图，那么注意力就好比一道照亮地图上特定区域的光束。如果某块区域被照亮了，就说明那里的神经元有着更高的活动度，它们也更容易接受信息。
我们的其他感官也有类似的地图。比如说，大脑的躯体感觉皮层（somatosensory cortex）就包含着一张解剖学的图谱。在一个关于大脑活动及注意力的最早期的研究中，神经生理学家罗兰（Per Roland）要求受试者闭上眼睛，一边让他们数他们的食指被软毛戳了多少次，一边记录他们的脑部活动。然而，给受试者的指示都是骗人的，所谓的软毛戳食指这件事根本没有发生。不过，受试者出于对感官刺激的预期而将注意力集中在食指上这一简单事实，激活了他们大脑中相应感觉区域的活动。
有一项研究非常精巧地展示了我们的注意力是如何通过选择来工作的，甚至给出了一个细胞层面的解释。在这个研究中，研究者记录了猴子在看到绿色圆形图案单独出现或伴随着一个红色圆形图案一起出现时大脑视皮层的活动，他们发现，绿色圆形图案单独出现时发生活动的那块视皮层的活动度在红绿圆形图案一起出现时下降了。尽管这有可能是由于视皮层上两块相邻区域的神经元互相抑制所产生的效应，但是有趣的是，当猴子忽略红色圆而专注于绿色圆时，那块区域的活动度又与绿色圆单独出现时一样高了。
这个实验揭示了注意力最基本的机制之一：以牺牲其他神经元活性为代价，选择性地激活某一些神经元。这个现象叫做偏向竞争（biased competition）。当只有一个物体时，如在这个实验中只出现绿色圆时，并没有对注意力的需求。是我们大脑所接受的竞争性的信息在驱使我们作出选择。
现在我们能把这个知识应用到办公室的环境中吗？如果琳达的办公室更像个修道院里的小房间——朴实无华而且桌上只有一本书（《圣经》？）——那么就不存在对她注意力的需求，也不需要她作出什么选择。然而，一旦她的面前放着的是两份文件，那她就不得不作出选择并集中注意力。且随着信息量的增加，对她的注意力的要求会越来越高。
一个非常有趣但仍然不是很清楚的关于注意力的问题是，我们的思绪、想法、记忆和冲动如何互相竞争，或者与环境中的其他刺激竞争，以夺取我们的注意力。如果我们脑袋中只想一件事，那控制注意力一定没什么问题。但当我们加入冲动、记忆和其他想法时，压力就开始增加了。有趣的想法和诱人的冲动吸引注意力的方式，应该与外界事件自动抓住我们的注意力的方式是一样的，比如有人在我们身后打碎咖啡杯或是鸟儿突然飞进家里。
如果视觉皮层的活动性增强，即地图被照亮，是最终的效果，那么注意力的诱因或源头又是什么？聚光灯在哪儿？如果能够在一道调动注意力投向某个特定事物的指令被接收的那一刻测量脑部活动，那么就应该能定位对此进行控制的大脑皮层。
通过运用各种版本的波斯纳受控注意测试，好几个研究小组已经完成了上述这种实验。结果一致发现，有两个脑区——顶叶（parietal lobe）和额叶（frontal lobe）——的上部，在我们调动注意力的时候是活动的。这可能就是我们大脑“光束”的“光源”。暂且不论参与其中的其他脑部结构，这两个皮层中的神经元很有可能联系着视觉皮层中的神经元，并且精确地激活了这块地图上相应的点。
图2.2 大脑的各叶
科学家还找出了在刺激驱动注意中（例如在没有预警的情况下在电脑屏幕上突然出现一个目标）激活的脑区，这一脑区处在顶叶与颞叶（temporal lobe）的交界处、额叶稍靠下一点的位置。图2.3引自华盛顿大学的柯尔贝塔（Maurizio Corbetta）和舒尔曼（Gordon Shulman）两人综合多个关于激活模式的研究结果后的发现。图中，在受控注意以及刺激驱动注意影响下的神经元活动被分别用白色和黑色的圈描出。由此我们可以看出，脑中似乎有两套并行的注意力系统，一套负责受控注意而另一套负责刺激驱动注意，这与心理学实验中证明的两种不同的注意力相互独立是一致的。
心不在焉，正如那个把小提琴放在车顶的故事所描述的，会或多或少一定程度导致我们每个人的注意力涣散。然而，有些人的注意力缺陷非常严重，尤其是那些关于刺激驱动注意系统的缺陷。这个现象用“忽略”（neglect）表述，它主要是由顶叶附近的损伤引起的。大脑左半球的顶叶区域负责处理右手一侧的视野信息，大脑右半球的相应区域负责处理两侧视野的信息。一旦大脑左半球受到损伤，右半球还能起到替补的作用。但若右边受伤，左边就没有这么“助人为乐”了，因此损伤的症状会变得更加明显。受到这类损伤的患者开始“忽略”他们的一半视野，如果要求他们画一张挂钟的图，他们只能画出钟面的一半。
图2.3 负责受控注意的脑区（白圈）以及负责刺激驱动注意的脑区（黑圈）［引自柯尔贝塔及舒尔曼（2002年）］
在一项研究中，一位顶叶受损的女性患者被要求闭起眼睛描述她意大利故乡一个熟悉的广场，研究者要求她想象自己站在广场的一端，面对教堂，描述她身边的各种建筑。然而，由于脑部损伤，她只能描述出她右侧视野中的物体。然后研究者让她想象自己走上教堂，回看广场，她才能把另一边的建筑物描述出来。
因此，大脑接受信息的种种局限可以归因于注意力的种种机制。但是，如果我们要在更加复杂的心智活动中解释这些局限，真正有趣的限制还在于我们如何控制我们的注意力，以及我们如何留住我们接收到的信息。这些到底是怎么实现的呢？