《PLOS Computational Biology》：Sharing the spotlight: Uncovering common attentional dynamics across species
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本研究为克服传统持续性注意力任务(CPT)在跨物种比较中的局限性，开发了一种自然化的虚拟现实(VR)感知决策任务，让小鼠、猴子和人类在相同环境下完成。研究人员通过分析行为轨迹提取速度与准确性参数，利用隐马尔可夫模型(HMM)推断出四种注意力状态，发现三者的注意力动态（状态持续时间与转换）具有惊人的相似性，且波动主要由内部生成。这项工作为在自然行为中量化持续性注意力提供了可跨物种推广的新方法，有助于理解注意相关疾病（如ADHD）的机制。
在自然界中，从老鼠觅食、猴子警戒到人类阅读，许多灵活行为都离不开一个关键的认知过程——持续性注意力。然而，科学家们在实验室中研究注意力的方式，却阻碍了在不同物种之间进行有意义的比较。传统的持续性操作任务（Continuous Performance Tasks, CPT），例如人类看屏幕按按钮、小鼠在五选一序列反应任务（5?Choice Serial Reaction Time Task, 5?CSRTT）中鼻子戳孔，虽然都在测量注意力，但任务本身的设计（如指令复杂性、运动成分、刺激抽象程度）差异巨大。这些差异使得我们难以判断，注意力作为一种根本的认知构件，其内在的动态波动规律是否在不同物种间是共享的。此外，这些非自然的任务设置可能无法捕捉到生物在野外自然状态下自发的注意力波动。
为了解决上述问题，研究人员在《PLOS Computational Biology》上发表了一项创新研究。他们让小鼠、猴子和人类这三种不同的哺乳动物，在完全相同的、高度自然化的虚拟现实（Virtual Reality, VR）环境中，完成一项感知决策任务。参与者需要在一个布满草场和山峦的沉浸式VR穹顶中，通过移动（小鼠在泡沫球上跑动，猴子和人类用手操控轨迹球）来接近并“碰撞”两个树叶形状的刺激物中的一个（目标），而忽略另一个（干扰项）。这种类似“狩猎”的任务设计比传统CPT更为直观，允许受试者自由眼动，并能从他们的运动轨迹中提取远比简单的“对/错”和反应时更为丰富的行为细节。
为了开展研究，作者团队主要运用了以下几项关键技术：首先，他们构建了一个跨物种通用的高沉浸感VR实验系统，使小鼠（3只）、猴子（2只）和人类（11名）能在相同的视觉场景中执行相同的双选择视觉辨别任务。其次，他们从每个试次的VR运动路径中量化了五个行为指标，其中三个用于评估任务准确性（瞬时命中率、精度、侧向偏好），两个用于评估速度（反应时、平均移动速度）。再次，他们利用相关性分析和轮廓系数验证了这些指标自然聚分为“准确性”和“速度”两个维度。最后，他们分别以这两个维度的指标作为输入，拟合了两个独立的隐马尔可夫模型（Hidden Markov Models, HMM），每个HMM输出两个状态（如准确/不准确，快/慢），然后将两个模型的输出结合，从而将每个试次归类为四种注意力状态之一。
研究结果
实验设计
研究让三种物种在VR穹顶中执行相同的双选择任务，通过追踪其在虚拟环境中的路径来捕捉行为。
模型
五个行为指标经证实聚类于速度与准确性两个轴。研究者分别针对这两个轴建立了HMM，其输出的组合定义了四种注意力状态：分心（低准确性、低速度）、审慎（高准确性、低速度）、高效（高准确性、高速度）和冲动（低准确性、高速度）。状态分类在不同物种间表现出高度相似的模式。
状态表征
三种物种在多数时间都处于准确状态（审慎和高效）。状态占比在任务的前半段和后半段基本保持稳定（小鼠除外，其准确性随任务进程下降），表明状态转换并非主要由疲劳等缓慢漂移的内部变量驱动。
状态动力学
所有物种在每个状态中停留的持续时间（停留时间）都很短，中位数约为5个试次。频率分析揭示，在速度维度上，三种物种都表现出显著的节律性波动，人类和猴子的优势周期约为55个试次，小鼠约为75个试次。而在准确性维度上未发现显著的节律。这表明速度波动具有内在的、可能跨物种保守的节律。
外部任务属性的影响
分析表明，任务难度（刺激辨别的难易程度）的变化并不能预测速度状态之间的转换。这进一步支持了注意力状态的波动主要是内部生成而非由外部任务属性诱发的观点。
结论与讨论
本研究的结论表明，当使用相同的自然化任务和以物种自身表现为基准的分析框架时，小鼠、猴子和人类的持续性注意力动态表现出超出预期的相似性。三种物种在四种注意力状态中的时间占比、状态停留时间以及速度维度上数十个试次周期的节律性波动都十分相近。这些波动主要由内部过程产生，基本不受任务难度等外部因素驱动。
这项研究具有重要意义。首先，在方法学上，它提供了一种全新的、可跨物种直接比较的范式，用于从自然行为中推断持续性注意力的动态变化。这突破了传统CPT任务的局限，使在更生态效度的背景下研究基本认知过程成为可能。其次，在科学发现层面，研究结果表明，尽管物种在进化上距离甚远，但调控注意力分配的基本动力学机制可能是保守的。这为利用动物模型来理解人类注意力机制及其紊乱（如注意缺陷多动障碍，ADHD）提供了更强的理论基础和更精准的工具。研究者指出，这种直观、自然化的任务设计有望帮助开发更敏感、更具翻译价值的跨物种认知测试，从而提升神经精神疾病临床前研究的转化成功率。
