人类大脑同时处理信息的能力有限

根据一项使用大脑成像方法测量细胞代谢的最新UCL研究，由于能量恒定但有限，我们的大脑在一次可以处理的数量上有上限。

这项发表在《神经科学杂志》上的研究发现，注意可以改变大脑分配有限能量的方式。由于大脑在处理我们所关注的事物时使用了更多的能量，因此在关注焦点之外的处理中所消耗的能量也更少了。

资深作者Nilli Lavie教授（UCL认知神经科学研究所）在解释这项研究时说：“运行人脑需要大量能量。我们知道，即使在我们休息的同时，大脑也会不断消耗大约20％的代谢能量，但是，人们普遍认为，当我们有更多的大脑需要处理时，这种恒定但有限的能量供应不会增加。

“如果对大脑的能量供应有严格的限制，我们怀疑大脑可能会通过将能量从其他功能转移出去，并优先关注我们的注意力来处理具有挑战性的任务。

“我们的发现表明，当我们的工作变得更加困难时，大脑确实会向神经元分配更少的能量，这些神经元会响应我们注意力以外的信息。这就解释了为什么我们甚至对我们真正想知道的关键信息都感到注意力不集中和失聪。”

认知神经科学家和生物医学工程师的研究团队使用无创光学成像方法测量了大脑的新陈代谢。通过这种方式，他们可以看到人们将注意力集中在一项任务上时大脑区域使用了多少能量，以及当任务对精神的要求更高时，大脑区域会如何变化。他们使用宽带近红外光谱仪来测量参与脑细胞线粒体能量代谢的酶的氧化水平，线粒体是为每个细胞的生化反应提供动力的能量发生器。

研究人员运用他们的技术来测量18个人大脑中视觉皮层不同区域的大脑代谢，因为他们执行的是复杂或简单的视觉搜索任务，而有时还会出现与该任务无关的视觉干扰。

他们发现，由于任务较复杂，大脑区域对伴随的任务刺激产生的细胞代谢升高，而这些增加直接反映了对无人照管的刺激区域中细胞代谢水平的降低。这种推挽模式紧密同步，显示了有人参与和无人参与处理之间有限的能源供应之间的权衡。

合著者Ilias Tachtsidis教授（UCL医学物理与生物医学工程）说：“通过使用我们内部开发的宽带近红外光谱技术，我们在UCL开发的光学脑部监测技术，我们能够更好地测量线粒体（细胞的动力工厂）在新陈代谢中起着不可或缺的作用。”

第一作者，博士生Merit Bruckmaier（UCL认知神经科学研究所）说：“使用这些方法，我们对脑能量消耗的结论比过去使用功能磁共振成像成像方法（测量脑部血液中的氧合水平而不是细胞内）的结论更为直接和有说服力新陈代谢的标志。”

拉维教授说：“通过这种方式，我们成功地将人们的大脑超负荷经验与他们的神经元内部发生的事情联系起来，因为一种目的的高能量需求可以通过减少与其他目的相关的能量消耗来平衡。如果我们尝试处理太多的信息，由于对我们的大脑能力的严格限制，我们可能会感到负担过重。

“在最近几个月中，我们收到了很多人的声音，他们说他们感到不知所措，不断的新闻更新和需要克服的新挑战。当您的大脑处于最大能力时，您可能无法处理某些信息。您可能甚至没有注意到重要的电子邮件是因为您的孩子在跟您说话，或者您可能错过了烤箱计时器，因为您接到了意外的工作电话。我们的发现可能解释了这些经常令人沮丧的疏忽性失明或耳聋的经历。”

参考：Merit Bruckmaier，Ilias Tachtsidis，Phong Phan和Nilli Lavie的Merit Bruckmaier，“感知中的注意力和能力限制：一种细胞代谢帐户”，《神经科学杂志》， 2020年8月3日。
DOI：10.1523 / JNEUROSCI.2368-19.2020

该研究得到经济和社会研究理事会，丰田汽车欧洲公司和惠康公司的支持。